Elektromotoren met meerdere snelheden en hun gebruik - doel en kenmerken, bepaling van het vermogen bij verschillende rotatiesnelheden

Elektromotoren met meerdere snelheden - asynchrone motoren met verschillende snelheidsniveaus, zijn ontworpen om mechanismen aan te drijven die een traploze snelheidsregeling vereisen.

Motoren met meerdere snelheden zijn speciaal ontworpen motoren. Ze hebben een speciale statorwikkeling en een normale kooirotor.

Afhankelijk van de verhouding van de polen, de complexiteit van de circuits en het productiejaar van elektromotoren met meerdere snelheden, worden hun stators geproduceerd in vier versies:

• onafhankelijke spoelen met één snelheid voor twee, drie of zelfs vier snelheden;

• met een of twee spoelen met poolomschakeling, in het eerste geval tweetraps en in het tweede - viertraps;

• met de aanwezigheid van drie rotatiesnelheden van de elektromotor, wordt één spoel geschakeld met een pool - twee snelheden, en de tweede - enkele snelheid, onafhankelijk - voor een willekeurig aantal polen;

• met één spoel met poolomschakeling voor drie of vier snelheden.

Zelfopwindende motoren hebben een slechte benutting en sleufvulling vanwege de aanwezigheid van een groot aantal draden en afdichtingen, wat het vermogen in snelheidsstappen aanzienlijk vermindert.
De aanwezigheid van twee poolgeschakelde wikkelingen in de stator, en vooral één voor drie of vier toerentallen, verbetert de vulling van de sleuven en maakt een rationeler gebruik van de statorkern mogelijk, waardoor het vermogen van de elektromotor neemt toe.

Afhankelijk van de complexiteit van de circuits, zijn elektromotoren met meerdere snelheden verdeeld in twee delen: met een poolverhouding gelijk aan 2/1 en - niet gelijk aan 2/1. De eerste omvat elektromotoren met een toerental van 1500/3000 tpm of 2p = 4/2, 750/1500 tpm of 2p = 8/4, 500/1000 tpm of 2p = 12/6, enz., en tot de tweede — 1000/1500 tpm of 2p = 6/4, 750/1000 tpm of 2p = 8/6, 1000/3000 tpm of 2p = 6/2, 750/3000 tpm of 2p = 8/2, 600/3000 tpm of 2p = 10/2, 375/1500 tpm of 2p = 16/4, enz.

Afhankelijk van de keuze van het circuit van poolgeschakelde wikkelingen, met een verschillend aantal polen, kan de elektromotor een constant vermogen of een constant koppel zijn.

Voor motoren met een poolgeschakelde wikkeling en constant vermogen, zal het aantal windingen in fasen bij beide aantallen polen hetzelfde zijn of dicht bij elkaar liggen, wat betekent dat hun stromen en vermogens hetzelfde zullen zijn of dicht bij elkaar liggen. Hun koppels zullen verschillen, afhankelijk van het aantal omwentelingen.

In elektromotoren met constant koppel met een kleiner aantal polen, worden groepen wikkelingen die in elke fase in twee delen zijn verdeeld, parallel geschakeld in een dubbele delta of dubbele ster, waardoor het aantal windingen in een fase afneemt, en de doorsnede van de draad, stroom en vermogen worden verdubbeld.Bij het overschakelen van grote naar minder polen in een ster/driehoek-opstelling neemt het aantal windingen af ​​en nemen de stroom en het vermogen toe met 1,73 keer. Dit betekent dat zowel bij een hoger vermogen en een hoger toerental als bij een lager vermogen en een lager toerental de koppels gelijk zullen zijn.

De eenvoudigste manier om twee verschillende aantallen poolparen te krijgen is opstelling van de stator van een inductiemotor met twee onafhankelijke wikkelingen… De elektrotechnische industrie maakt zulke motoren met synchrone toerentallen van 1000/1500 tpm.

Er zijn echter een aantal schakelschema's voor statorwikkelingen waarbij dezelfde wikkeling een ander aantal polen kan produceren. Een eenvoudige en wijdverspreide schakelaar van dit type wordt getoond in Fig. 1, a en b. In serie geschakelde statorspoelen vormen twee paren polen (afb. 1, a). Dezelfde spoelen verbonden in twee parallelle circuits zoals getoond in Fig. 1b, vorm een ​​paar palen.

De industrie produceert multi-speed single-winding motoren met serie-parallelschakeling en met een snelheidsverhouding van 1: 2 met synchrone rotatiesnelheden 500/1000, 750/1500, 1500/3000 tpm.

De hierboven beschreven overstapmethode is niet de enige. In afb. 1, c toont een schakeling die hetzelfde aantal polen vormt als de in fig. 1 getoonde schakeling. 1, geb.

De meest gebruikelijke in de industrie was echter de eerste methode van serie-parallel schakelen, omdat met zo'n schakelaar minder draden uit de statorwikkeling kunnen worden verwijderd en de schakelaar dus eenvoudiger kan worden gemaakt.

Rijst. 1. Het principe van het wisselen van de polen van een inductiemotor.

Driefasige wikkelingen kunnen worden aangesloten op een driefasig netwerk in ster of driehoek. In afb. 2, a en b tonen een wijdverbreide schakeling, waarbij de elektromotor, om een ​​lager toerental te verkrijgen, is verbonden met een driehoek met een serieschakeling van spoelen, en om een ​​hoger toerental te verkrijgen, een ster met een parallelschakeling van de spoelen (t .aka dubbele ster).

Naast de twee snelheden produceert de elektrische industrie ook asynchrone motoren met drie snelheden. In dit geval heeft de stator van de elektromotor twee afzonderlijke wikkelingen, waarvan er één twee snelheden levert door de hierboven beschreven schakeling. De tweede wikkeling, meestal opgenomen in de ster, zorgt voor de derde snelheid.

Als de stator van de elektromotor twee onafhankelijke wikkelingen heeft, die elk poolomschakeling mogelijk maken, is het mogelijk om een ​​viertraps elektromotor te verkrijgen. In dit geval wordt het aantal polen zo gekozen dat de rotatiesnelheden de vereiste reeks vormen. Een schema van een dergelijke elektromotor wordt getoond in Fig. 2, ca.

Opgemerkt moet worden dat het roterende magnetische veld drie E zal induceren in drie fasen van de inactieve wikkeling. D. s, van dezelfde grootte en fase verschoven met 120 °. De geometrische som van deze elektromotorische krachten, zoals bekend uit de elektrotechniek, is nul. Vanwege de onnauwkeurige sinusvormige fase e. enz. C. netstroom, de som hiervan d., etc. v. kan nul zijn. In dit geval ontstaat er een stroom in een gesloten niet werkende spoel, die deze spoel verwarmt.

Om dit fenomeen te voorkomen, is het poolschakelcircuit zo gemaakt dat de inactieve spoel open is (Fig. 12, c).Vanwege de kleine waarde van de bovenstroom in sommige elektromotoren, wordt er soms geen onderbreking gemaakt in de gesloten lus van de stationaire wikkeling.

Produceerde dubbelgewonden motoren met drie snelheden met synchrone rotatiesnelheden van 1000/1500/3000 en 750/1500/3000 tpm en motoren met vier snelheden met 500/750/1000/1500 tpm. Motoren met twee snelheden hebben zes, drie snelheden negen en vier snelheden 12 aansluitingen op de poolschakelaar.

Opgemerkt moet worden dat er circuits zijn voor motoren met twee snelheden, die met één wikkeling het mogelijk maken om rotatiesnelheden te verkrijgen waarvan de verhouding niet gelijk is aan 1: 2. Dergelijke elektromotoren bieden synchrone rotatiesnelheden van 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 tpm

Drie en vier verschillende aantallen poolparen kunnen worden verkregen door speciale schema's te gebruiken voor een enkele wikkeling.Dergelijke elektromotoren met meerdere snelheden met een enkele wikkeling zijn aanzienlijk kleiner dan motoren met dubbele wikkeling met dezelfde parameters, wat erg belangrijk is voor machinebouw .

Bovendien hebben elektromotoren met enkele wikkeling iets hoger energie indicatoren en minder arbeidsintensieve productie. Het nadeel van motoren met meerdere snelheden met een enkele wikkeling is de aanwezigheid van een groter aantal draden die in de schakelaar worden geïntroduceerd.

De complexiteit van de schakelaar wordt echter niet zozeer bepaald door het aantal naar buiten gebrachte draden als wel door het aantal gelijktijdige schakelaars. In dit opzicht zijn er schema's ontwikkeld waarmee, in aanwezigheid van één spoel, drie en vier snelheden kunnen worden verkregen met relatief eenvoudige schakelaars.

Rijst. 2. Schema's voor het schakelen van de polen van een inductiemotor.

Dergelijke elektromotoren worden mechanisch geproduceerd met synchrone snelheden van 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 rpm.

Het koppel van de inductiemotor kan worden uitgedrukt met de bekende formule

waarbij Ig de stroom in het rotorcircuit is; F is de magnetische flux van de motor; ? 2 is de fasehoek tussen de stroomvectoren en e. enz. v. rotor.

Rijst. 3. Driefasige kooiankermotor met meerdere snelheden.

Beschouw deze formule in relatie tot snelheidsregeling van een inductiemotor.

De hoogst toelaatbare continue stroom in de rotor wordt bepaald door de toelaatbare opwarming en is daarom ongeveer constant. Als de snelheidsregeling wordt uitgevoerd met een constante magnetische flux, dan zal bij alle motortoerentallen ook het maximaal toelaatbare koppel op lange termijn constant zijn. Deze snelheidsregeling wordt constante koppelregeling genoemd.

Snelheidsregeling door de weerstand in het rotorcircuit te variëren, is regeling met een constant maximaal toelaatbaar koppel, aangezien de magnetische flux van de machine tijdens de regeling niet verandert.

Het maximaal toelaatbare nuttige vermogen van de motoras bij een lager toerental (en dus een groter aantal polen) wordt bepaald door de uitdrukking

waarbij If1 — fasestroom, maximaal toelaatbaar volgens verwarmingsomstandigheden; Uph1 - fasespanning van de stator met een groter aantal polen.

Het maximaal toelaatbare nuttige vermogen van de motoras bij een hogere rotatiesnelheid (en een kleiner aantal polen) Uph2 - fasespanning in dit geval.

Bij het overschakelen van een driehoekschakeling naar een sterschakeling neemt de fasespanning met een factor 2 af.Dus als we van circuit a naar circuit b gaan (figuur 2), krijgen we de vermogensverhouding

Ruw nemen

pak aan

Met andere woorden, het vermogen bij lagere snelheid is 0,86 van het vermogen bij hogere rotorsnelheid. Gezien de relatief kleine verandering in het maximale continue vermogen bij de twee snelheden, wordt een dergelijke regeling conventioneel aangeduid als constante vermogensregeling.

Als u bij het verbinden van de helften van elke fase achtereenvolgens een sterverbinding gebruikt en vervolgens overschakelt naar een parallelle sterverbinding (Fig. 2, b), dan krijgen we

Of

In dit geval is er dus een constante regeling van de koppelomwentelingen. In gereedschapsmachines voor metaalbewerking vereisen de hoofdbewegingsaandrijvingen een constante vermogenssnelheidsregeling en de voedingsaandrijvingen vereisen een constante koppelsnelheidsregeling.

Bovenstaande berekeningen van de vermogensverhouding bij de hoogste en laagste snelheid zijn bij benadering. Er werd bijvoorbeeld geen rekening gehouden met de mogelijkheid om de belasting bij hoge snelheden te verhogen vanwege de intensere koeling van de wikkelingen; de veronderstelde gelijkheid is ook erg bij benadering, dus voor de 4A-motor die we hebben

Hierdoor is de vermogensverhouding van deze motor P1 / P2 = 0,71. Ongeveer dezelfde verhoudingen zijn van toepassing op andere motoren met twee snelheden.

Nieuwe single-coil elektromotoren met meerdere snelheden maken, afhankelijk van het schakelschema, snelheidsregeling mogelijk met constant vermogen en constant koppel.

Door het kleine aantal regeltrappen dat kan worden verkregen met poolomschakelbare inductiemotoren, kunnen dergelijke motoren meestal alleen op werktuigmachines worden gebruikt met speciaal ontworpen versnellingsbakken.

Zie ook: Voordelen van het gebruik van motoren met meerdere snelheden