Vícerychlostní elektromotory a jejich použití — účel a vlastnosti, stanovení výkonu při různých rychlostech otáčení

Vícerychlostní elektromotory — asynchronní motory s několika stupni rychlosti, jsou určeny k pohonu mechanismů, které vyžadují plynulou regulaci rychlosti.

Vícerychlostní motory jsou speciálně navržené motory. Mají speciální vinutí statoru a normální rotor v kleci.

V závislosti na poměru pólů, složitosti obvodů a roku výroby vícerychlostních elektromotorů se jejich statory vyrábí ve čtyřech provedeních:

• nezávislé jednorychlostní cívky pro dvě, tři, dokonce čtyři rychlosti;

• s jednou nebo dvěma cívkami s přepínáním pólů, v prvním případě dvoustupňový a ve druhém čtyřstupňový;

• s přítomností tří rychlostí otáčení elektromotoru je jedna cívka spínána pólem - dvourychlostní a druhá - jednorychlostní, nezávislá - pro libovolný počet pólů;

• s jednou cívkou s přepínáním pólů pro tři nebo čtyři rychlosti.

Samonavíjecí motory mají špatné využití a vyplnění štěrbin kvůli přítomnosti velkého množství drátů a těsnění, což výrazně snižuje výkon v rychlostních krocích.
Přítomnost dvou vinutí s přepojováním pólů ve statoru, a zejména jednoho pro tři nebo čtyři rychlosti otáčení, zlepšuje plnění štěrbin a umožňuje racionálnější využití jádra statoru, v důsledku čehož výkon elektromotoru zvyšuje.

Podle složitosti obvodů se vícerychlostní elektromotory dělí na dvě části: s pólovým poměrem rovným 2/1 a — ne rovným 2/1. První zahrnuje elektromotory s rychlostí 1500/3000 ot./min nebo 2p = 4/2, 750/1500 ot./min nebo 2p = 8/4, 500/1000 ot./min nebo 2p = 12/6 atd., a do druhého — 1000/1500 ot/min nebo 2p = 6/4, 750/1000 ot/min nebo 2p = 8/6, 1000/3000 ot/min nebo 2p = 6/2, 750/3000 ot/min nebo 2p = 8/2, 600 ot/min nebo 30 ot./min = 10/2, 375/1500 ot./min nebo 2p = 16/4 atd.

V závislosti na volbě obvodu pólově přepínaných vinutí s různým počtem pólů může mít elektromotor buď konstantní výkon nebo konstantní točivý moment.

U motorů s pólově přepínaným vinutím a konstantním výkonem bude počet závitů ve fázích na obou počtech pólů stejný nebo blízko u sebe, což znamená, že jejich proudy a výkony budou stejné nebo blízké. Jejich točivé momenty se budou lišit v závislosti na počtu otáček.

U elektromotorů s konstantním momentem s menším počtem pólů jsou skupiny vinutí rozdělené v každé fázi na dvě části paralelně zapojeny do dvojité trojúhelníky nebo dvojité hvězdy, v důsledku čehož se počet závitů ve fázi snižuje a průřez vodiče, proud a výkon jsou zdvojnásobeny.Při přepínání z velkých na méně pólů v uspořádání hvězda / trojúhelník se počet závitů sníží a proud a výkon se zvýší 1,73krát. To znamená, že při vyšším výkonu a vyšších otáčkách, stejně jako při nižším výkonu a nižších otáčkách, budou točivé momenty stejné.

Nejjednodušší způsob, jak získat dva různé počty párů pólů, je uspořádání statoru asynchronního motoru se dvěma nezávislými vinutími… Elektrotechnický průmysl vyrábí takové motory se synchronními otáčkami 1000/1500 ot./min.

Existuje však řada schémat přepínání vodičů statorového vinutí, kde stejné vinutí může vytvářet různý počet pólů. Jednoduchý a rozšířený spínač tohoto typu je znázorněn na Obr. 1, a a b. Cívky statoru zapojené do série tvoří dva páry pólů (obr. 1, a). Stejné cívky zapojené do dvou paralelních obvodů, jak je znázorněno na obr. 1b, tvoří jeden pár pólů.

Průmysl vyrábí vícerychlostní motory s jedním vinutím se sériově-paralelním spínáním a s poměrem otáček 1:2 se synchronními rychlostmi otáčení 500/1000, 750/1500, 1500/3000 ot./min.

Výše popsaný způsob přepínání není jediný. Na Obr. 1, c znázorňuje obvod, který tvoří stejný počet pólů jako obvod znázorněný na Obr. 1, b.

Nejrozšířenější v průmyslu byl však první způsob sérioparalelního spínání, protože u takového spínače lze vyjmout méně vodičů z vinutí statoru a proto může být spínač jednodušší.

Rýže. 1. Princip přepínání pólů asynchronního motoru.

Třífázová vinutí lze připojit k třífázové síti do hvězdy nebo trojúhelníku. Na Obr. 2, a a b znázorňují rozšířené spínání, ve kterém je elektromotor pro dosažení nižší rychlosti spojen s trojúhelníkem se sériovým zapojením cívek a pro dosažení vyšší rychlosti hvězda s paralelním zapojením cívek. cívky (t .aka dvojitá hvězda).

Spolu s dvourychlostním vyrábí elektrotechnický průmysl i třírychlostní asynchronní motory... V tomto případě má stator elektromotoru dvě samostatná vinutí, z nichž jedno poskytuje dvě rychlosti přes výše popsané spínání. Druhé vinutí, obvykle zahrnuté ve hvězdě, poskytuje třetí rychlost.

Pokud má stator elektromotoru dvě nezávislá vinutí, z nichž každé umožňuje přepínání pólů, je možné získat čtyřstupňový elektromotor. V tomto případě je počet pólů volen tak, aby rychlosti otáčení tvořily požadovanou sérii. Schéma takového elektromotoru je na Obr. 2, c.

Je třeba poznamenat, že rotující magnetické pole bude indukovat tři E ve třech fázích vinutí naprázdno. d. s, stejné velikosti a fázově posunuté o 120°. Geometrický součet těchto elektromotorických sil, jak je znám z elektrotechniky, je nulový. Avšak kvůli nepřesné sinusové fázi e. atd. c. síťový proud, součet těchto d. atd. v. může být nula. V tomto případě vzniká v uzavřené nepracovní cívce proud, který tuto cívku ohřívá.

Aby se tomuto jevu zabránilo, je obvod přepínání pólů proveden tak, že cívka nečinnosti je otevřená (obr. 12, c).Kvůli malé hodnotě horního proudu u některých elektromotorů někdy nedojde k přerušení v uzavřené smyčce volnoběhu.

Vyrábí se třírychlostní dvouvinuté motory se synchronními otáčkami 1000/1500/3000 a 750/1500/3000 ot/min a čtyřrychlostní motory s 500/750/1000/1500 ot/min. Dvourychlostní motory mají šest, třírychlostní devět a čtyřrychlostní 12 vývodů k přepínači pólů.

Je třeba poznamenat, že existují obvody pro dvourychlostní motory, které s jedním vinutím umožňují získat rychlosti otáčení, jejichž poměr není roven 1: 2. Takové elektromotory poskytují synchronní rychlosti otáčení 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 ot./min

Pomocí speciálních schémat pro jedno vinutí lze získat tři a čtyři různé počty pólových párů.Takové vícerychlostní elektromotory s jedním vinutím jsou výrazně menší než dvouvinuté motory se stejnými parametry, což je velmi důležité pro strojírenství .

Elektromotory s jedním vinutím mají navíc o něco vyšší energetické ukazatele a méně pracná výroba. Nevýhodou vícerychlostních motorů s jedním vinutím je přítomnost většího počtu vodičů zavedených do spínače.

Složitost spínače však není dána ani tak počtem vyvedených vodičů, jako počtem současných spínačů. V tomto ohledu byla vyvinuta schémata, která umožňují v přítomnosti jedné cívky získat tři a čtyři rychlosti s relativně jednoduchými spínači.

Rýže. 2. Schémata přepínání pólů asynchronního motoru.

Takové elektromotory vyrábí strojírenství při synchronních rychlostech 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/10000/500 ot./min.

Točivý moment indukčního motoru lze vyjádřit známým vzorcem

kde Ig je proud v obvodu rotoru; F je magnetický tok motoru; ? 2 je fázový úhel mezi vektory proudu a e. Obr. atd. v. rotor.

Rýže. 3. Třífázový vícerychlostní motor s kotvou nakrátko.

Zvažte tento vzorec ve vztahu k řízení rychlosti indukčního motoru.

Nejvyšší přípustný trvalý proud v rotoru je určen přípustným ohřevem a je tedy přibližně konstantní. Pokud je regulace otáček prováděna s konstantním magnetickým tokem, pak při všech otáčkách motoru bude také maximální dlouhodobě přípustný moment konstantní. Tato regulace otáček se nazývá regulace konstantního momentu.

Regulace otáček změnou odporu v obvodu rotoru je regulace s konstantním maximálním povoleným momentem, protože magnetický tok stroje se během regulace nemění.

Maximální přípustný užitečný výkon hřídele motoru při nižší rychlosti otáčení (a tedy větším počtu pólů) je určen výrazem

kde If1 — fázový proud, maximální přípustný podle podmínek ohřevu; Uph1 — fázové napětí statoru s větším počtem pólů.

Maximální přípustný užitečný výkon hřídele motoru při vyšší rychlosti otáčení (a menším počtu pólů) Uph2 — v tomto případě fázové napětí.

Při přechodu z trojúhelníkového zapojení na hvězdu se fázové napětí sníží o faktor 2.Při přechodu z obvodu a do obvodu b (obr. 2) tedy dostaneme poměr výkonu

Brát hrubý

vzít to

Jinými slovy, výkon při nižších otáčkách je 0,86 výkonu při vyšších otáčkách rotoru. Vzhledem k relativně malé změně maximálního trvalého výkonu při dvou rychlostech se taková regulace běžně nazývá regulace konstantního výkonu.

Pokud při připojování polovin každé fáze postupně použijete zapojení do hvězdy a poté přejdete na paralelní zapojení do hvězdy (obr. 2, b), dostaneme

Nebo

V tomto případě tedy dochází ke stálé kontrole otáček točivého momentu. U obráběcích strojů na obrábění kovů vyžadují hlavní pohony pohybu regulaci otáček konstantního výkonu a pohony posuvů vyžadují regulaci otáček konstantního krouticího momentu.

Výše uvedené výpočty poměru výkonu při nejvyšší a nejnižší rychlosti jsou přibližné. Například nebyla zohledněna možnost zvýšení zátěže při vysokých otáčkách v důsledku intenzivnějšího chlazení vinutí; předpokládaná rovnost je také velmi přibližná.Takže pro motor 4A, který máme

Výsledkem je, že poměr výkonu tohoto motoru je P1 / P2 = 0,71. Zhruba stejné poměry platí i pro ostatní dvourychlostní motory.

Nové vícerychlostní jednocívkové elektromotory v závislosti na schématu spínání umožňují regulaci otáček s konstantním výkonem a konstantním točivým momentem.

Malý počet řídicích stupňů, které lze získat s indukčními motory s přepínáním pólů, obvykle umožňuje použití takových motorů na obráběcích strojích pouze se speciálně navrženými převodovkami.

Viz také: Výhody použití vícerychlostních motorů