Večhitrostni elektromotorji in njihova uporaba — namen in značilnosti, določanje moči pri različnih hitrostih vrtenja

Elektromotorji z več hitrostmi - asinhroni motorji z več stopnjami hitrosti so zasnovani za pogon mehanizmov, ki zahtevajo brezstopenjsko regulacijo hitrosti.

Motorji z več hitrostmi so posebej zasnovani motorji. Imajo posebno statorsko navitje in običajni kletkasti rotor.

Odvisno od razmerja polov, zahtevnosti tokokrogov in letnice proizvodnje večhitrostnih elektromotorjev se njihovi statorji izdelujejo v štirih izvedbah:

• neodvisne enohitrostne tuljave za dve, tri, celo štiri hitrosti;

• z eno ali dvema tuljavama s preklopom polov, v prvem primeru dvostopenjskim, v drugem pa štiristopenjskim;

• s prisotnostjo treh hitrosti vrtenja elektromotorja se ena tuljava preklopi s polom - dvostopenjsko, druga pa enostopenjska, neodvisna - za poljubno število polov;

• z eno tuljavo s preklapljanjem polov za tri ali štiri hitrosti.

Motorji s samonavijanjem imajo slabo izkoriščenost in polnjenje rež zaradi prisotnosti velikega števila žic in tesnil, kar znatno zmanjša moč v hitrostnih korakih.
Prisotnost dveh polno preklopnih navitij v statorju, zlasti enega za tri ali štiri hitrosti vrtenja, izboljša polnjenje rež in omogoča bolj racionalno uporabo jedra statorja, zaradi česar moč elektromotorja poveča.

Glede na kompleksnost tokokrogov so električni motorji z več hitrostmi razdeljeni na dva dela: z razmerjem polov 2/1 in — neenako 2/1. Prvi vključuje elektromotorje s hitrostjo 1500/3000 vrt / min ali 2p = 4/2, 750/1500 vrt / min ali 2p = 8/4, 500/1000 vrt / min ali 2p = 12/6 itd., In drugi - 1000/1500 vrt/min ali 2p = 6/4, 750/1000 vrt/min ali 2p = 8/6, 1000/3000 vrt/min ali 2p = 6/2, 750/3000 vrt/min ali 2p = 8/2, 600/3000 vrt/min ali 2p = 10/2, 375/1500 vrt/min ali 2p = 16/4 itd.

Odvisno od izbire vezja polno preklopnih navitij z različnim številom polov je elektromotor lahko konstantne moči ali konstantnega navora.

Pri motorjih z navitjem s preklopom polov in konstantno močjo bo število ovojev v fazah pri obeh številih polov enako ali blizu drug drugemu, kar pomeni, da bodo njuni tokovi in ​​moči enaki ali blizu. Njihovi navori bodo različni, odvisno od števila vrtljajev.

Pri elektromotorjih s konstantnim navorom z manjšim številom polov so skupine navitij, razdeljene na dva dela v vsaki fazi, povezane vzporedno v dvojni trikot ali dvojno zvezdo, zaradi česar se število ovojev v fazi zmanjša in presek žice, tok in moč se podvojita.Pri preklopu z velikih na manj polov v razporeditvi zvezda / trikot se število ovojev zmanjša, tok in moč pa se povečata za 1,73-krat. To pomeni, da bodo pri večji moči in višjih vrtljajih, pa tudi pri manjši moči in nižjih vrtljajih, navori enaki.

Najenostavnejši način za pridobitev dveh različnih števil parov polov je postavitev statorja indukcijskega motorja z dvema neodvisnima navitjema… Elektroindustrija proizvaja takšne motorje s sinhrono hitrostjo vrtenja 1000/1500 vrt/min.

Vendar pa obstajajo številne sheme preklopa žice navitja statorja, kjer lahko isto navitje proizvede različno število polov. Preprosto in razširjeno stikalo te vrste je prikazano na sl. 1, a in b. Statorske tuljave, povezane zaporedno, tvorijo dva para polov (slika 1, a). Iste tuljave, povezane v dveh vzporednih tokokrogih, kot je prikazano na sl. 1b, tvorita en par polov.

Industrija proizvaja večhitrostne motorje z enim navitjem s serijsko-vzporednim preklopom in z razmerjem hitrosti 1: 2 s sinhronimi hitrostmi vrtenja 500/1000, 750/1500, 1500/3000 vrt / min.

Zgoraj opisani način preklopa ni edini. Na sl. 1, c prikazuje vezje, ki tvori enako število polov kot vezje, prikazano na sl. 1, b.

V industriji pa je bil najpogostejši prvi način serijsko-vzporednega preklopa, saj je pri takem stikalu mogoče odstraniti manj žic iz statorskega navitja in je zato lahko stikalo preprostejše.

riž. 1. Načelo preklopa polov indukcijskega motorja.

Trifazna navitja lahko priključimo na trifazno omrežje v zvezdi ali trikotu. Na sl. 2, a in b prikazujeta razširjeno preklapljanje, pri katerem je elektromotor za doseganje nižje hitrosti povezan z trikotnikom z zaporedno vezavo tuljav, za doseganje višje hitrosti pa zvezda z vzporedno vezavo tuljave (t .aka dvojna zvezda).

Poleg dvohitrostnih elektroindustrija proizvaja tudi trihitrostne asinhronske motorje... V tem primeru ima stator elektromotorja dve ločeni navitji, od katerih eno preko zgoraj opisanega preklopa zagotavlja dve hitrosti. Drugo navitje, običajno vključeno v zvezdo, zagotavlja tretjo hitrost.

Če ima stator elektromotorja dve neodvisni navitji, od katerih vsak omogoča preklapljanje polov, je mogoče dobiti štiristopenjski elektromotor. V tem primeru je število polov izbrano tako, da hitrosti vrtenja sestavljajo zahtevano serijo. Diagram takšnega elektromotorja je prikazan na sl. 2, c.

Upoštevati je treba, da bo vrtljivo magnetno polje induciralo tri E v treh fazah navitja v prostem teku. d. s, enake velikosti in fazno premaknjene za 120 °. Geometrična vsota teh elektromotornih sil, kot jo poznamo iz elektrotehnike, je enaka nič. Vendar zaradi nenatančne sinusne faze e. itd. c) omrežni tok, vsota teh d., itd. v. je lahko nič. V tem primeru se v zaprti nedelujoči tuljavi pojavi tok, ki to tuljavo segreje.

Da bi preprečili ta pojav, je vezje preklopa polov izdelano tako, da je tuljava v prostem teku odprta (slika 12, c).Zaradi majhne vrednosti zgornjega toka pri nekaterih elektromotorjih včasih ne pride do prekinitve zaprte zanke navitja v prostem teku.

Proizvedeni tristopenjski motorji z dvojnim navitjem s sinhrono hitrostjo vrtenja 1000/1500/3000 in 750/1500/3000 vrt./min in štiristopenjski motorji s 500/750/1000/1500 vrt./min. Dvohitrostni motorji imajo šest, tristopenjski devet in štiristopenjski 12 priključkov na stikalo polov.

Treba je opozoriti, da obstajajo vezja za dvohitrostne motorje, ki z enim navitjem omogočajo doseganje hitrosti vrtenja, katerih razmerje ni enako 1: 2. Takšni elektromotorji zagotavljajo sinhrono hitrost vrtenja 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 vrt./min

S posebnimi shemami za posamezno navitje lahko dobimo tri in štiri različno število parov polov.Takšni večhitrostni elektromotorji z enim navitjem so bistveno manjši od dvonavitnih z enakimi parametri, kar je zelo pomembno za strojništvo. .

Poleg tega imajo elektromotorji z enim navitjem nekoliko višje energijski indikatorji in manj delovno intenzivno proizvodnjo. Pomanjkljivost motorjev z več hitrostmi z enim navitjem je prisotnost večjega števila žic, vnesenih v stikalo.

Vendar pa zapletenost stikala ne določa toliko število žic, ki se izvedejo ven, kot število hkratnih stikal. V zvezi s tem so bile razvite sheme, ki omogočajo, da v prisotnosti ene tuljave pridobite tri in štiri hitrosti s sorazmerno preprostimi stikali.

riž. 2. Sheme za preklop polov indukcijskega motorja.

Takšne elektromotorje izdeluje strojništvo pri sinhronih vrtljajih 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 vrt/min.

Navor indukcijskega motorja lahko izrazimo z dobro znano formulo

kjer je Ig tok v tokokrogu rotorja; F je magnetni pretok motorja; ? 2 je fazni kot med tokovnima vektorjema in e. itd. v. rotor.

riž. 3. Trifazni večhitrostni motor s kletko.

Upoštevajte to formulo v povezavi s krmiljenjem hitrosti indukcijskega motorja.

Največji dovoljeni trajni tok v rotorju je določen z dovoljenim segrevanjem in je zato približno konstanten. Če se regulacija vrtilne frekvence izvaja s konstantnim magnetnim tokom, bo pri vseh vrtilnih frekvencah motorja konstanten tudi največji dolgoročni dovoljeni navor. To krmiljenje hitrosti se imenuje stalno krmiljenje navora.

Regulacija hitrosti s spreminjanjem upora v krogu rotorja je regulacija s konstantnim največjim dovoljenim navorom, saj se magnetni pretok stroja med regulacijo ne spreminja.

Največja dovoljena koristna moč gredi motorja pri nižji hitrosti vrtenja (in s tem večjem številu polov) je določena z izrazom

kjer If1 - fazni tok, največji dovoljeni glede na pogoje ogrevanja; Uph1 — fazna napetost statorja z večjim številom polov.

Največja dovoljena uporabna moč gredi motorja pri višji hitrosti vrtenja (in manjšem številu polov) Uph2 — fazna napetost v tem primeru.

Pri prehodu iz povezave trikot v zvezdo se fazna napetost zmanjša za faktor 2.Tako pri prehodu iz vezja a v vezje b (slika 2) dobimo razmerje moči

Jemanje grobo

vzemi

Z drugimi besedami, moč pri nižji hitrosti je 0,86 moči pri višji hitrosti rotorja. Glede na sorazmerno majhno spremembo največje stalne moči pri obeh hitrostih se taka regulacija običajno imenuje regulacija konstantne moči.

Če pri povezovanju polovic vsake faze zaporedno uporabite zvezdno povezavo in nato preklopite na vzporedno zvezdno povezavo (slika 2, b), potem dobimo

oz

Tako je v tem primeru stalna kontrola vrtljajev navora. Pri obdelovalnih strojih za obdelavo kovin pogoni glavnega gibanja zahtevajo stalno krmiljenje hitrosti moči, pogoni podajanja pa zahtevajo stalno krmiljenje hitrosti navora.

Zgornji izračuni razmerja moči pri najvišji in najnižji hitrosti so približni. Na primer, ni bila upoštevana možnost povečanja obremenitve pri visokih hitrostih zaradi intenzivnejšega hlajenja navitij; predpostavljena enakost je tudi zelo približna.Torej, za motor 4A imamo

Posledično je razmerje moči tega motorja P1 / P2 = 0,71. Približno enaka razmerja veljajo za druge dvostopenjske motorje.

Novi večhitrostni enotuljavni elektromotorji, odvisno od preklopne sheme, omogočajo regulacijo števila vrtljajev s konstantno močjo in konstantnim navorom.

Majhno število regulacijskih stopenj, ki jih je mogoče doseči z indukcijskimi motorji s spreminjanjem polov, običajno omogoča uporabo takih motorjev na obdelovalnih strojih samo s posebej zasnovanimi menjalniki.

Poglej tudi: Prednosti uporabe motorjev z več hitrostmi