Flerhastighets elektriska motorer och deras användning — syfte och egenskaper, bestämning av effekt vid olika rotationshastigheter
Elmotorer med flera hastigheter — asynkronmotorer med flera hastighetssteg, är designade för att driva mekanismer som kräver steglös hastighetskontroll.
Flerhastighetsmotorer är specialdesignade motorer. De har en speciell statorlindning och en normal burrotor.
Beroende på förhållandet mellan poler, komplexiteten hos kretsarna och produktionsåret för elmotorer med flera hastigheter, produceras deras statorer i fyra versioner:
-
oberoende enhastighetsspolar för två, tre, till och med fyra hastigheter;
-
med en eller två spolar med polomkoppling, i det första fallet tvåsteg, och i det andra - fyrsteg;
-
med närvaron av tre rotationshastigheter för elmotorn, växlas en spole med en pol - två hastigheter, och den andra - enkelhastighet, oberoende - för valfritt antal poler;
-
med en spole med polomkoppling för tre eller fyra hastigheter.
Självlindande motorer har dålig användning och slitsfyllning på grund av närvaron av ett stort antal ledningar och tätningar, vilket avsevärt minskar effekten i hastighetssteg.
Närvaron av två polomkopplade lindningar i statorn, och särskilt en för tre eller fyra rotationshastigheter, förbättrar fyllningen av slitsarna och tillåter en mer rationell användning av statorkärnan, vilket resulterar i kraften hos elmotorn ökar.
Beroende på kretsarnas komplexitet är elmotorer med flera hastigheter uppdelade i två delar: med ett polförhållande lika med 2/1 och — inte lika med 2/1. Den första inkluderar elmotorer med en hastighet på 1500/3000 rpm eller 2p = 4/2, 750/1500 rpm eller 2p = 8/4, 500/1000 rpm eller 2p = 12/6, etc., och till den andra — 1000/1500 rpm eller 2p = 6/4, 750/1000 rpm eller 2p = 8/6, 1000/3000 rpm eller 2p = 6/2, 750/3000 rpm eller 2p = 8/2, 600/30 eller 0p = 10/2, 375/1500 rpm eller 2p = 16/4, etc.
Beroende på valet av kretsen av polkopplade lindningar, med olika antal poler, kan elmotorn vara antingen konstant effekt eller konstant vridmoment.
För motorer med polkopplad lindning och konstant effekt kommer antalet varv i faser vid båda antalet poler att vara lika eller nära varandra, vilket innebär att deras strömmar och effekter kommer att vara lika eller nära. Deras vridmoment kommer att vara olika, beroende på antalet varv.
I elektriska motorer med konstant vridmoment med ett mindre antal poler är grupper av lindningar uppdelade i två delar i varje fas parallellkopplade i en dubbeldelta eller dubbelstjärna, vilket resulterar i att antalet varv i en fas minskar, och trådens tvärsnitt, ström och effekt fördubblas.Vid byte från stora till färre poler i ett stjärna/delta-arrangemang minskar antalet varv och strömmen och effekten kommer att öka med 1,73 gånger. Detta innebär att vid högre effekt och högre varv, såväl som vid lägre effekt och lägre varv, kommer vridmomenten att vara desamma.
Det enklaste sättet att få två olika antal polpar är arrangemang av statorn för en induktionsmotor med två oberoende lindningar… Elindustrin tillverkar sådana motorer med synkrona varvtal på 1000/1500 rpm.
Det finns emellertid ett antal kopplingsscheman för statorlindningstrådar där samma lindning kan producera ett annat antal poler. En enkel och utbredd omkopplare av denna typ visas i fig. 1, a och b. Statorspolar anslutna i serie bildar två par poler (fig. 1, a). Samma spolar anslutna i två parallella kretsar som visas i fig. 1b, bildar ett par stolpar.
Industrin producerar flerhastighets enkellindade motorer med serieparallell omkoppling och med ett hastighetsförhållande på 1:2 med synkrona varvtal 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.
Den ovan beskrivna växlingsmetoden är inte den enda. I fig. 1, c visar en krets som bildar samma antal poler som den i fig. 1 visade kretsen. 1, b.
Den vanligaste i branschen var dock den första metoden för serieparallell koppling, eftersom med en sådan strömbrytare kan färre ledningar tas bort från statorlindningen och därför kan brytaren bli enklare.
Ris. 1. Principen att byta polerna på en induktionsmotor.
Trefaslindningar kan anslutas till ett trefasnät i stjärna eller delta. I fig. Fig. 2, a och b visar en utbredd omkoppling, i vilken elmotorn, för att erhålla ett lägre varvtal, är förbunden med ett delta med seriekoppling av spolar, och för att erhålla en högre hastighet, en stjärna med en parallellkoppling av spolarna (t .aka dubbelstjärna).
Tillsammans med tvåhastigheten producerar elindustrin även asynkronmotorer med tre hastigheter... I detta fall har elmotorns stator två separata lindningar, varav en ger två hastigheter genom omkopplingen som beskrivs ovan. Den andra lindningen, vanligtvis inkluderad i stjärnan, ger den tredje hastigheten.
Om elmotorns stator har två oberoende lindningar, som var och en tillåter polomkoppling, är det möjligt att få en fyrstegs elmotor. I detta fall väljs antalet poler så att rotationshastigheterna utgör den erforderliga serien. Ett diagram över en sådan elektrisk motor visas i fig. 2, c.
Det bör noteras att det roterande magnetfältet kommer att inducera tre E i tre faser av tomgångslindningen. d. s, av samma storlek och fasförskjuten med 120°. Den geometriska summan av dessa elektromotoriska krafter, som är kända från elektroteknik, är noll. Men på grund av den oprecisa sinusformade fasen e. etc. c. nätström, summan av dessa d. osv. v. kan vara noll. I detta fall uppstår en ström i en sluten icke-fungerande spole, som värmer denna spole.
För att förhindra detta fenomen är polomkopplingskretsen gjord på ett sådant sätt att tomgångsspolen är öppen (Fig. 12, c).På grund av det lilla värdet av den övre strömmen i vissa elmotorer görs ibland inget avbrott i den slutna slingan av tomgångslindningen.
Tillverkade treväxlade dubbellindade motorer med synkrona rotationshastigheter på 1000/1500/3000 och 750/1500/3000 rpm och fyrväxlade motorer med 500/750/1000/1500 rpm. Tvåväxlade motorer har sex, treväxlade nio och fyrväxlade 12 terminaler till polomkopplaren.
Det bör noteras att det finns kretsar för tvåhastighetsmotorer, som med en lindning gör det möjligt att erhålla rotationshastigheter vars förhållande inte är lika med 1: 2. Sådana elmotorer ger synkrona rotationshastigheter på 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 rpm
Tre och fyra olika antal polpar kan erhållas genom att använda speciella scheman för en enkel lindning. Sådana flerhastighets elektriska motorer med en enda lindning är betydligt mindre än dubbellindade motorer med samma parametrar, vilket är mycket viktigt för maskinteknik .
Dessutom har enkellindade elmotorer något högre energiindikatorer och mindre arbetsintensiv produktion. Nackdelen med flerhastighetsmotorer med en enda lindning är närvaron av ett större antal ledningar som införs i omkopplaren.
Emellertid bestäms komplexiteten hos switchen inte så mycket av antalet ledningar som tas ut som av antalet samtidiga switchar. I detta avseende har scheman utvecklats som gör det möjligt att, i närvaro av en spole, erhålla tre och fyra hastigheter med relativt enkla omkopplare.
Ris. 2. Schema för att byta polerna på en induktionsmotor.
Sådana elmotorer tillverkas av mekanik vid synkrona hastigheter på 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000 rpm.
Induktionsmotorns vridmoment kan uttryckas med den välkända formeln
där Ig är strömmen i rotorkretsen; F är motorns magnetiska flöde; ? 2 är fasvinkeln mellan strömvektorerna och e. etc. v. rotor.
Ris. 3. Trefas flerhastighets ekorrburmotor.
Betrakta denna formel i förhållande till hastighetskontroll av en induktionsmotor.
Den högsta tillåtna kontinuerliga strömmen i rotorn bestäms av den tillåtna uppvärmningen och är därför ungefär konstant. Om varvtalsregleringen utförs med ett konstant magnetiskt flöde, kommer även det maximalt tillåtna vridmomentet under lång tid att vara konstant vid alla motorvarvtal. Denna varvtalsreglering kallas konstant vridmomentkontroll.
Hastighetsreglering genom att variera motståndet i rotorkretsen är reglering med ett konstant maximalt tillåtet vridmoment, eftersom maskinens magnetiska flöde inte ändras under regleringen.
Den maximalt tillåtna användbara kraften för motoraxeln vid en lägre rotationshastighet (och därför ett större antal poler) bestäms av uttrycket
där If1 — fasström, högsta tillåtna enligt uppvärmningsförhållandena; Uph1 — fasspänning för statorn med ett större antal poler.
Den maximalt tillåtna användbara kraften för motoraxeln vid en högre rotationshastighet (och ett mindre antal poler) Uph2 — fasspänning i detta fall.
Vid byte från en deltakoppling till en stjärna minskar fasspänningen med en faktor 2.Sålunda, när vi går från krets a till krets b (fig. 2), får vi effektförhållandet
Tar grovt
ta det
Med andra ord är effekten vid lägre varvtal 0,86 av effekten vid högre rotorhastighet. Givet den relativt lilla förändringen i maximal kontinuerlig effekt vid de två hastigheterna, kallas sådan reglering konventionellt som konstant effektreglering.
Om du, när du ansluter halvor av varje fas, sekventiellt använder en stjärnanslutning, och sedan byter till en parallell stjärnanslutning (fig. 2, b), så får vi
Eller
I detta fall finns alltså en konstant kontroll av vridmomentvarven. I verktygsmaskiner för metallbearbetning kräver de huvudsakliga rörelsedrivningarna konstant effekthastighetskontroll och matningsdrivningarna kräver konstant vridmomenthastighetskontroll.
Ovanstående beräkningar av effektförhållandet vid högsta och lägsta hastighet är ungefärliga. Till exempel togs inte hänsyn till möjligheten att öka belastningen vid höga hastigheter på grund av den mer intensiva kylningen av lindningarna; den antagna likheten är också mycket ungefärlig. Så för 4A-motorn vi har
Som ett resultat är effektförhållandet för denna motor P1 / P2 = 0,71. Ungefär samma utväxlingar gäller för andra tvåväxlade motorer.
Nya flerhastighets enspolade elmotorer, beroende på kopplingsschema, tillåter hastighetskontroll med konstant effekt och konstant vridmoment.
Det lilla antalet styrsteg som kan erhållas med polväxlande induktionsmotorer tillåter vanligtvis att sådana motorer endast används på verktygsmaskiner med specialdesignade växellådor.