Višebrzinski elektromotori i njihova uporaba — namjena i karakteristike, određivanje snage pri različitim brzinama vrtnje

Elektromotori s više brzina — asinkroni motori s nekoliko stupnjeva brzine, dizajnirani su za pogon mehanizama koji zahtijevaju bezstupanjsko upravljanje brzinom.

Višebrzinski motori su posebno dizajnirani motori. Imaju poseban namot statora i normalan kavezni rotor.

Ovisno o omjeru polova, složenosti strujnih krugova i godini proizvodnje višebrzinskih elektromotora, njihovi se statori proizvode u četiri izvedbe:

• nezavisne jednobrzinske zavojnice za dvije, tri, čak i četiri brzine;

• s jednim ili dva svitka s preklapanjem polova, u prvom slučaju dvostupanjski, au drugom - četverostupanjski;

• s prisutnošću tri brzine vrtnje elektromotora, jedan svitak se prebacuje s polom - dvobrzinskim, a drugi - jednobrzinskim, neovisnim - za bilo koji broj polova;

• s jednom zavojnicom s preklapanjem polova za tri ili četiri brzine.

Motori sa samonavijanjem imaju slabo iskorištenje i punjenje utora zbog prisutnosti velikog broja žica i brtvila, što značajno smanjuje snagu u koracima brzine.
Prisutnost dvaju polova namota u statoru, a posebno jednog za tri ili četiri brzine vrtnje, poboljšava punjenje utora i omogućuje racionalnije korištenje jezgre statora, zbog čega snaga elektromotora povećava se.

Prema složenosti strujnih krugova višebrzinski elektromotori se dijele na dva dijela: s omjerom polova jednakim 2/1 i — nejednakim 2/1. U prvu spadaju elektromotori s brzinom od 1500/3000 o/min ili 2p = 4/2, 750/1500 o/min ili 2p = 8/4, 500/1000 o/min ili 2p = 12/6, itd., a u drugu — 1000/1500 o/min ili 2p = 6/4, 750/1000 o/min ili 2p = 8/6, 1000/3000 o/min ili 2p = 6/2, 750/3000 o/min ili 2p = 8/2, 600/3000 o/min ili 2p = 10/2, 375/1500 o/min ili 2p = 16/4, itd.

Ovisno o izboru sklopa polova namota, s različitim brojem polova, elektromotor može biti konstantne snage ili konstantnog momenta.

Kod motora s namotom s promjenom polova i konstantnom snagom, broj zavoja u fazama na oba broja polova bit će jednak ili blizu jedan drugome, što znači da će im struje i snage biti jednake ili bliske. Njihovi zakretni momenti bit će različiti, ovisno o broju okretaja.

U elektromotorima konstantnog momenta s manjim brojem polova, skupine namota podijeljene na dva dijela u svakoj fazi su paralelno spojene u dvostruki trokut ili dvostruku zvijezdu, zbog čega se smanjuje broj zavoja u fazi, a presjek žice, struja i snaga se udvostruče.Pri prelasku s velikih na manje polova u rasporedu zvijezda/trokut, broj zavoja se smanjuje, a struja i snaga će se povećati za 1,73 puta. To znači da će pri većoj snazi ​​i većim okretajima, kao i pri nižim snagama i nižim okretajima, momenti biti isti.

Najjednostavniji način da dobijete dva različita broja pari polova je raspored statora asinkronog motora s dva neovisna namota… Elektroindustrija proizvodi takve motore sa sinkronim brzinama vrtnje od 1000/1500 o/min.

Međutim, postoji niz shema prebacivanja žice namota statora gdje isti namot može proizvesti različit broj polova. Jednostavan i raširen prekidač ovog tipa prikazan je na sl. 1, a i b. Zavojnice statora spojene u seriju tvore dva para polova (slika 1, a). Iste zavojnice povezane u dva paralelna kruga kao što je prikazano na sl. 1b, čine jedan par polova.

Industrija proizvodi višebrzinske motore s jednim namotom sa serijsko-paralelnim uključivanjem i omjerom brzine 1: 2 sa sinkronim brzinama vrtnje 500/1000, 750/1500, 1500/3000 o/min.

Gore opisana metoda prebacivanja nije jedina. Na sl. 1, c prikazuje krug koji čini isti broj polova kao krug prikazan na sl. 1, b.

Ipak, najzastupljeniji u industriji bio je prvi način serijsko-paralelnog preklapanja, jer se s takvim prekidačem manje žica može ukloniti iz namota statora i samim time sklopka može biti jednostavnija.

Riža. 1. Princip izmjene polova asinkronog motora.

Trofazni namoti mogu se spojiti na trofaznu mrežu u zvijezdu ili trokut. Na sl. 2, a i b prikazuju široko rasprostranjeno uključivanje, u kojem je elektromotor, da bi se postigla niža brzina, spojena na trokut serijskim spojem zavojnica, a da bi se postigla veća brzina, zvijezda s paralelnim spojem zavojnice (t .aka dvostruka zvijezda).

Uz dvobrzinske, elektroindustrija proizvodi i trobrzinske asinkrone motore... U ovom slučaju stator elektromotora ima dva odvojena namota, od kojih jedan omogućuje dvije brzine preko gore opisanog preklapanja. Drugi namot, obično uključen u zvijezdu, osigurava treću brzinu.

Ako stator elektromotora ima dva neovisna namota, od kojih svaki omogućuje preklapanje polova, moguće je dobiti četverostupanjski elektromotor. U ovom slučaju, broj polova je odabran tako da brzine vrtnje čine traženi niz. Dijagram takvog elektromotora prikazan je na sl. 2, c.

Treba napomenuti da će rotirajuće magnetsko polje inducirati tri E u tri faze namota u praznom hodu. d. s, iste veličine i faznog pomaka za 120 °. Geometrijski zbroj ovih elektromotornih sila, poznat iz elektrotehnike, jednak je nuli. Međutim, zbog neprecizne sinusne faze e. itd. c. mrežna struja, zbroj ovih d. itd. v. može biti nula. U ovom slučaju u zatvorenoj neradnoj zavojnici nastaje struja koja zagrijava ovu zavojnicu.

Kako bi se spriječio ovaj fenomen, krug za preklapanje polova napravljen je na takav način da je svitak praznog hoda otvoren (slika 12, c).Zbog male vrijednosti gornje struje kod nekih elektromotora ponekad se ne pravi prekid u zatvorenoj petlji namota u praznom hodu.

Proizvedeni trobrzinski dvonamotani motori sa sinkronim brzinama vrtnje od 1000/1500/3000 i 750/1500/3000 o/min i četverobrzinski motori sa 500/750/1000/1500 o/min. Dvobrzinski motori imaju šest, trobrzinski devet, a četverobrzinski 12 priključaka na sklopku polova.

Treba napomenuti da postoje sklopovi za dvobrzinske motore, koji s jednim namotom omogućuju postizanje brzina vrtnje čiji omjer nije jednak 1: 2. Takvi elektromotori osiguravaju sinkrone brzine vrtnje od 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 o/min

Posebnim shemama za jedan namot mogu se dobiti tri i četiri različita broja pari polova.Takvi višebrzinski elektromotori s jednim namotom znatno su manji od dvonamotnih motora istih parametara, što je vrlo važno za strojarstvo .

Osim toga, elektromotori s jednim namotom imaju nešto više energetski pokazatelji a manje radno intenzivna proizvodnja. Nedostatak višebrzinskih motora s jednim namotom je prisutnost većeg broja žica uvedenih u sklopku.

Međutim, složenost prekidača nije određena toliko brojem izvedenih žica koliko brojem istodobnih prekidača. U tom smislu razvijene su sheme koje omogućuju, u prisutnosti jedne zavojnice, dobivanje tri i četiri brzine s relativno jednostavnim prekidačima.

Riža. 2. Sheme za prebacivanje polova asinkronog motora.

Takve elektromotore proizvodi strojarstvo pri sinkronim brzinama od 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 o/min.

Zakretni moment asinkronog motora može se izraziti dobro poznatom formulom

gdje je Ig struja u krugu rotora; F je magnetski tok motora; ? 2 je fazni kut između vektora struje i e. itd. v. rotor.

Riža. 3. Trofazni višebrzinski kavezni motor.

Razmotrite ovu formulu u odnosu na kontrolu brzine indukcijskog motora.

Najveća dopuštena trajna struja u rotoru određena je dopuštenim zagrijavanjem i stoga je približno konstantna. Ako se regulacija brzine vrtnje provodi s konstantnim magnetskim tokom, tada će pri svim brzinama motora najveći dugotrajno dopušteni moment također biti konstantan. Ova kontrola brzine se zove kontrola konstantnog momenta.

Regulacija brzine promjenom otpora u krugu rotora je regulacija s konstantnim najvećim dopuštenim momentom, budući da se magnetski tok stroja ne mijenja tijekom regulacije.

Najveća dopuštena korisna snaga vratila motora pri manjoj brzini vrtnje (a time i većem broju polova) određena je izrazom

gdje If1 — fazna struja, maksimalno dopuštena prema uvjetima grijanja; Uph1 — fazni napon statora s većim brojem polova.

Najveća dopuštena korisna snaga vratila motora pri većoj brzini vrtnje (i manjem broju polova) Uph2 — fazni napon u ovom slučaju.

Pri prelasku s trokuta na zvijezdu fazni napon se smanjuje za faktor 2.Dakle, kada prijeđemo iz kruga a u krug b (slika 2), dobivamo omjer snaga

Uzimajući grubo

uzmi

Drugim riječima, snaga pri nižoj brzini je 0,86 snage pri većoj brzini rotora. S obzirom na relativno malu promjenu maksimalne kontinuirane snage pri dvjema brzinama, takva se regulacija uobičajeno naziva regulacija konstantne snage.

Ako pri spajanju polovica svake faze uzastopno koristite zvjezdanu vezu, a zatim prijeđete na paralelnu zvjezdanu vezu (slika 2, b), tada dobivamo

Ili

Dakle, u ovom slučaju postoji stalna kontrola okretaja momenta. U alatnim strojevima za obradu metala, pogoni glavnog gibanja zahtijevaju stalnu kontrolu brzine snage, a pogoni posmaka zahtijevaju stalnu kontrolu brzine momenta.

Gore navedeni izračuni omjera snage pri najvećoj i najnižoj brzini su približni. Na primjer, nije uzeta u obzir mogućnost povećanja opterećenja pri velikim brzinama zbog intenzivnijeg hlađenja namota; pretpostavljena jednakost je također vrlo približna. Dakle, za 4A motor imamo

Kao rezultat, omjer snage ovog motora je P1 / P2 = 0,71. Otprilike isti omjeri vrijede i za druge dvobrzinske motore.

Novi višebrzinski elektromotori s jednom zavojnicom, ovisno o sklopnoj shemi, omogućuju regulaciju brzine s konstantnom snagom i konstantnim momentom.

Mali broj regulacijskih stupnjeva koji se mogu dobiti s asinkronim motorima s promjenom polova obično dopušta da se takvi motori koriste na alatnim strojevima samo s posebno dizajniranim prijenosnicima.

Vidi također: Prednosti korištenja višebrzinskih motora