Viacrýchlostné elektromotory a ich použitie — účel a vlastnosti, určenie výkonu pri rôznych rýchlostiach otáčania

Viacrýchlostné elektromotory — asynchrónne motory s niekoľkými stupňami rýchlosti, sú určené na pohon mechanizmov, ktoré vyžadujú plynulé riadenie rýchlosti.

Viacrýchlostné motory sú špeciálne navrhnuté motory. Majú špeciálne vinutie statora a normálny rotor v klietke.

V závislosti od pomeru pólov, zložitosti obvodov a roku výroby viacrýchlostných elektromotorov sa ich statory vyrábajú v štyroch verziách:

• nezávislé jednorýchlostné cievky pre dve, tri, dokonca štyri rýchlosti;

• s jednou alebo dvoma cievkami s prepínaním pólov, v prvom prípade dvojstupňové a v druhom - štvorstupňové;

• s prítomnosťou troch rýchlostí otáčania elektromotora je jedna cievka prepínaná pólom - dvojrýchlostná a druhá - jednorýchlostná, nezávislá - pre ľubovoľný počet pólov;

• s jednou cievkou s prepínaním pólov na tri alebo štyri rýchlosti.

Samonavíjacie motory majú slabé využitie a plnenie štrbín v dôsledku prítomnosti veľkého počtu drôtov a tesnení, čo výrazne znižuje výkon v rýchlostných krokoch.
Prítomnosť dvoch vinutí s prepínaním pólov v statore, a najmä jedného pre tri alebo štyri rýchlosti otáčania, zlepšuje plnenie štrbín a umožňuje racionálnejšie využitie jadra statora, v dôsledku čoho je výkon elektromotora zvyšuje.

Podľa zložitosti obvodov sú viacrýchlostné elektromotory rozdelené na dve časti: s pólovým pomerom rovným 2/1 a — nie rovným 2/1. Prvý zahŕňa elektromotory s rýchlosťou 1500/3000 ot./min alebo 2p = 4/2, 750/1500 ot./min alebo 2p = 8/4, 500/1000 ot./min. alebo 2p = 12/6 atď., a do druhého — 1000/1500 ot./min alebo 2p = 6/4, 750/1000 ot./min alebo 2p = 8/6, 1000/3000 ot./min alebo 2p = 6/2, 750/3000 ot./min alebo 2p = 8/2, 600 ot./min alebo 300 ot./min. = 10/2, 375/1500 ot./min alebo 2p = 16/4 atď.

V závislosti od výberu obvodu pólovo prepínaných vinutí s rôznym počtom pólov môže byť elektromotor buď konštantný výkon alebo konštantný krútiaci moment.

Pre motory s pólovo prepínaným vinutím a konštantným výkonom bude počet závitov vo fázach na oboch počtoch pólov rovnaký alebo blízko seba, čo znamená, že ich prúdy a výkony budú rovnaké alebo blízke. Ich krútiace momenty sa budú líšiť v závislosti od počtu otáčok.

V elektromotoroch s konštantným krútiacim momentom s menším počtom pólov sú skupiny vinutí rozdelené na dve časti v každej fáze paralelne zapojené do dvojitého trojuholníka alebo dvojitej hviezdy, v dôsledku čoho sa počet závitov vo fáze znižuje a prierez vodiča, prúd a výkon sa zdvojnásobia.Pri prepínaní z veľkých na menej pólov v usporiadaní hviezda / trojuholník sa počet závitov zníži a prúd a výkon sa zvýšia 1,73-krát. To znamená, že pri vyššom výkone a vyšších otáčkach, ako aj pri nižšom výkone a nižších otáčkach budú krútiace momenty rovnaké.

Najjednoduchší spôsob, ako získať dva rôzne počty párov pólov, je usporiadanie statora indukčného motora s dvoma nezávislými vinutiami… Elektrotechnický priemysel vyrába takéto motory so synchrónnymi otáčkami 1000/1500 ot./min.

Existuje však množstvo schém spínania drôtov vinutia statora, kde rovnaké vinutie môže produkovať rôzny počet pólov. Jednoduchý a rozšírený spínač tohto typu je znázornený na obr. 1, a a b. Cievky statora zapojené do série tvoria dva páry pólov (obr. 1, a). Rovnaké cievky zapojené do dvoch paralelných obvodov, ako je znázornené na obr. 1b, tvoria jeden pár pólov.

Priemysel vyrába viacrýchlostné jednovinuté motory so sériovo-paralelným spínaním a s pomerom otáčok 1: 2 so synchrónnymi rýchlosťami otáčania 500/1000, 750/1500, 1500/3000 ot./min.

Vyššie opísaný spôsob prepínania nie je jediný. Na obr. 1, c znázorňuje obvod, ktorý tvorí rovnaký počet pólov ako obvod znázornený na obr. 1, b.

Najrozšírenejší v priemysle bol však prvý spôsob sériovo-paralelného spínania, pretože pri takomto spínači možno z vinutia statora vytiahnuť menej vodičov a preto môže byť spínač jednoduchší.

Ryža. 1. Princíp prepínania pólov indukčného motora.

Trojfázové vinutia môžu byť pripojené k trojfázovej sieti do hviezdy alebo trojuholníka. Na obr. 2, a a b znázorňujú rozšírené spínanie, pri ktorom je elektromotor na dosiahnutie nižšej rýchlosti zapojený do trojuholníka so sériovým zapojením cievok a na získanie vyššej rýchlosti do hviezdy s paralelným zapojením cievok. cievky (t .aka dvojitá hviezda).

Spolu s dvojrýchlostnými vyrába elektrotechnický priemysel aj trojrýchlostné asynchrónne motory... V tomto prípade má stator elektromotora dve samostatné vinutia, z ktorých jedno poskytuje dve rýchlosti cez vyššie popísané spínanie. Druhé vinutie, zvyčajne zahrnuté v hviezde, poskytuje tretiu rýchlosť.

Ak má stator elektromotora dve nezávislé vinutia, z ktorých každé umožňuje prepínanie pólov, je možné získať štvorstupňový elektromotor. V tomto prípade je počet pólov zvolený tak, aby rýchlosti otáčania tvorili požadovanú sériu. Schéma takéhoto elektromotora je znázornená na obr. 2, c.

Treba poznamenať, že rotujúce magnetické pole bude indukovať tri E v troch fázach nečinného vinutia. d. s, rovnakej veľkosti a fázovo posunutej o 120°. Geometrický súčet týchto elektromotorických síl, ako je známy z elektrotechniky, je nulový. Avšak v dôsledku nepresnej sínusovej fázy napr. atď. c) sieťový prúd, súčet týchto d., atď. v. môže byť nula. V tomto prípade v uzavretej nepracujúcej cievke vzniká prúd, ktorý túto cievku ohrieva.

Aby sa predišlo tomuto javu, obvod prepínania pólov je vyrobený tak, že voľnobežná cievka je otvorená (obr. 12, c).V dôsledku malej hodnoty horného prúdu v niektorých elektromotoroch niekedy nedôjde k prerušeniu uzavretej slučky voľnobežného vinutia.

Vyrába sa trojrýchlostné motory s dvojitým vinutím so synchrónnymi otáčkami 1000/1500/3000 a 750/1500/3000 ot./min a štvorrýchlostné motory s 500/750/1000/1500 ot./min. Dvojrýchlostné motory majú šesť, trojrýchlostné deväť a štvorrýchlostné 12 svoriek k prepínaču pólov.

Treba poznamenať, že existujú obvody pre dvojrýchlostné motory, ktoré s jedným vinutím umožňujú získať rýchlosti otáčania, ktorých pomer sa nerovná 1: 2. Takéto elektromotory poskytujú synchrónne rýchlosti otáčania 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 ot./min

Tri a štyri rôzne počty pólových párov je možné získať použitím špeciálnych schém pre jedno vinutie.Takéto viacrýchlostné elektromotory s jedným vinutím sú podstatne menšie ako dvojvinuté motory s rovnakými parametrami, čo je veľmi dôležité pre strojárstvo .

Elektromotory s jedným vinutím majú navyše o niečo vyššie energetické ukazovatele a výroba menej náročná na prácu. Nevýhodou viacrýchlostných motorov s jedným vinutím je prítomnosť väčšieho počtu vodičov zavedených do spínača.

Zložitosť spínača však nie je určená ani tak počtom vyvedených vodičov, ako počtom súčasných spínačov. V tomto ohľade boli vyvinuté schémy, ktoré umožňujú v prítomnosti jednej cievky získať tri a štyri rýchlosti s relatívne jednoduchými spínačmi.

Ryža. 2. Schémy prepínania pólov indukčného motora.

Takéto elektromotory vyrába strojárstvo pri synchrónnych otáčkach 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/10000/10000 ot./min.

Krútiaci moment indukčného motora možno vyjadriť známym vzorcom

kde Ig je prúd v obvode rotora; F je magnetický tok motora; ? 2 je fázový uhol medzi vektormi prúdu a e. atď. v. rotor.

Ryža. 3. Trojfázový viacrýchlostný motor s klietkou nakrátko.

Zvážte tento vzorec vo vzťahu k riadeniu rýchlosti indukčného motora.

Najvyšší prípustný trvalý prúd v rotore je určený prípustným ohrevom a je teda približne konštantný. Ak sa regulácia otáčok vykonáva s konštantným magnetickým tokom, potom bude pri všetkých otáčkach motora konštantný aj maximálny dlhodobo prípustný krútiaci moment. Táto regulácia rýchlosti sa nazýva regulácia konštantného krútiaceho momentu.

Regulácia otáčok zmenou odporu v obvode rotora je regulácia s konštantným maximálnym povoleným krútiacim momentom, pretože magnetický tok stroja sa počas regulácie nemení.

Maximálny prípustný užitočný výkon hriadeľa motora pri nižšej rýchlosti otáčania (a teda väčšom počte pólov) je určený výrazom

kde If1 — fázový prúd, maximálny prípustný podľa podmienok vykurovania; Uph1 — fázové napätie statora s väčším počtom pólov.

Maximálny prípustný užitočný výkon hriadeľa motora pri vyššej rýchlosti otáčania (a menšom počte pólov) Uph2 — v tomto prípade fázové napätie.

Pri prepnutí z trojuholníkového zapojenia do hviezdy sa fázové napätie zníži o faktor 2.Teda pri prechode z okruhu a do okruhu b (obr. 2) dostaneme pomer výkonu

Prijatie hrubého

vezmi to

Inými slovami, výkon pri nižšej rýchlosti je 0,86 výkonu pri vyššej rýchlosti rotora. Vzhľadom na relatívne malú zmenu maximálneho trvalého výkonu pri dvoch rýchlostiach sa takáto regulácia bežne označuje ako regulácia konštantného výkonu.

Ak pri pripájaní polovíc každej fázy postupne použijete hviezdicové pripojenie a potom prejdete na paralelné hviezdicové pripojenie (obr. 2, b), dostaneme

Alebo

V tomto prípade teda existuje konštantná kontrola otáčok krútiaceho momentu. V kovoobrábacích obrábacích strojoch si hlavné pohony pohybu vyžadujú reguláciu otáčok konštantného výkonu a pohony posuvov vyžadujú reguláciu otáčok konštantného krútiaceho momentu.

Vyššie uvedené výpočty pomeru výkonu pri najvyššej a najnižšej rýchlosti sú približné. Napríklad nebola zohľadnená možnosť zvýšenia zaťaženia pri vysokých rýchlostiach v dôsledku intenzívnejšieho chladenia vinutia; predpokladaná rovnosť je tiež veľmi približná.Takže pre 4A motor, ktorý máme

Výsledkom je, že pomer výkonu tohto motora je P1 / P2 = 0,71. Zhruba rovnaké pomery platia aj pre ostatné dvojrýchlostné motory.

Nové viacrýchlostné jednocievkové elektromotory v závislosti od schémy spínania umožňujú reguláciu otáčok s konštantným výkonom a konštantným krútiacim momentom.

Malý počet riadiacich stupňov, ktoré je možné získať s indukčnými motormi s prepínaním pólov, zvyčajne umožňuje použitie takýchto motorov na obrábacích strojoch iba so špeciálne navrhnutými prevodovkami.

Pozri tiež: Výhody použitia viacrýchlostných motorov