Flertrinns elektriske motorer og deres bruk - formål og egenskaper, bestemmelse av kraft ved forskjellige rotasjonshastigheter
Elektriske motorer med flere hastigheter - asynkronmotorer med flere hastighetstrinn er designet for å drive mekanismer som krever trinnløs hastighetskontroll.
Flerhastighetsmotorer er spesialdesignede motorer. De har en spesiell statorvikling og en vanlig burrotor.
Avhengig av forholdet mellom poler, kompleksiteten til kretsene og produksjonsåret for flerhastighets elektriske motorer, produseres statorene deres i fire versjoner:
-
uavhengige en-hastighets spoler for to, tre, til og med fire hastigheter;
-
med en eller to spoler med polbytte, i det første tilfellet to-trinns, og i det andre - fire-trinns;
-
med tilstedeværelsen av tre rotasjonshastigheter til den elektriske motoren, byttes en spole med en pol - to-hastighet, og den andre - enkelthastighet, uavhengig - for et hvilket som helst antall poler;
-
med en spole med polbytte for tre eller fire hastigheter.
Selvopptrekkende motorer har dårlig utnyttelse og spaltefylling på grunn av tilstedeværelsen av et stort antall ledninger og tetninger, noe som reduserer kraften betydelig i hastighetstrinn.
Tilstedeværelsen av to polsvitsjede viklinger i statoren, og spesielt en for tre eller fire rotasjonshastigheter, forbedrer fyllingen av sporene og tillater en mer rasjonell bruk av statorkjernen, som et resultat av kraften til den elektriske motoren øker.
I henhold til kompleksiteten til kretsene er flerhastighets elektriske motorer delt inn i to deler: med et polforhold lik 2/1 og — ikke lik 2/1. Den første inkluderer elektriske motorer 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., og til den andre — 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 rpm eller 0p = 10/2, 375/1500 rpm eller 2p = 16/4 osv.
Avhengig av valget av kretsen av polsvitsjede viklinger, med forskjellig antall poler, kan den elektriske motoren være enten konstant effekt eller konstant dreiemoment.
For motorer med polsvitsjet vikling og konstant effekt, vil antallet omdreininger i faser ved begge antall poler være likt eller nær hverandre, noe som betyr at deres strømmer og krefter vil være like eller nærme. Deres dreiemomenter vil være forskjellige, avhengig av antall omdreininger.
I elektriske motorer med konstant dreiemoment med et mindre antall poler, er grupper av viklinger delt i to deler i hver fase koblet parallelt i en dobbel delta eller dobbelstjerne, som et resultat av at antall omdreininger i en fase reduseres, og Tverrsnittet av ledningen, strøm og effekt dobles.Når du bytter fra store til færre poler i et stjerne-/delta-arrangement, reduseres antall omdreininger, og strømmen og kraften vil øke med 1,73 ganger. Dette betyr at ved høyere effekt og høyere omdreininger, samt ved lavere effekt og lavere omdreininger, vil dreiemomentene være de samme.
Den enkleste måten å få to forskjellige antall polpar på er arrangement av statoren til en induksjonsmotor med to uavhengige viklinger… Elektroindustrien produserer slike motorer med synkrone rotasjonshastigheter på 1000/1500 rpm.
Imidlertid er det en rekke statorviklingsledningskoblingsordninger der samme vikling kan produsere et annet antall poler. En enkel og utbredt bryter av denne typen er vist i fig. 1, a og b. Statorspoler koblet i serie danner to par poler (fig. 1, a). De samme spolene koblet i to parallelle kretser som vist i fig. 1b, danner ett par stolper.
Industrien produserer flertrinns enkeltviklingsmotorer med serieparallell svitsjing og med et hastighetsforhold på 1:2 med synkrone rotasjonshastigheter 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.
Byttemetoden beskrevet ovenfor er ikke den eneste. I fig. 1, c viser en krets som danner samme antall poler som kretsen vist på fig. 1, b.
Den vanligste i bransjen var imidlertid den første metoden for serieparallell kobling, fordi med en slik bryter kan færre ledninger fjernes fra statorviklingen og derfor kan bryteren bli enklere.
Ris. 1. Prinsippet om å bytte polene til en induksjonsmotor.
Trefaseviklinger kan kobles til et trefasenett i stjerne eller delta. I fig. 2 viser a og b en utbredt kobling, hvor den elektriske motoren, for å oppnå en lavere hastighet, er forbundet med et delta med seriekopling av spoler, og for å oppnå en høyere hastighet, en stjerne med en parallellkobling på spolene (t.a. dobbeltstjerne).
Sammen med to-trinns produserer den elektriske industrien også tre-trinns asynkronmotorer... I dette tilfellet har statoren til den elektriske motoren to separate viklinger, hvorav den ene gir to hastigheter gjennom svitsjen beskrevet ovenfor. Den andre viklingen, vanligvis inkludert i stjernen, gir den tredje hastigheten.
Hvis statoren til den elektriske motoren har to uavhengige viklinger, som hver tillater polbytte, er det mulig å få en fire-trinns elektrisk motor. I dette tilfellet er antall poler valgt slik at rotasjonshastighetene utgjør den nødvendige serien. Et diagram av en slik elektrisk motor er vist i fig. 2, c.
Det skal bemerkes at det roterende magnetfeltet vil indusere tre E i tre faser av tomgangsviklingen. d. s, av samme størrelse og fase forskjøvet med 120 °. Den geometriske summen av disse elektromotoriske kreftene, som kjent fra elektroteknikk, er null. På grunn av den upresise sinusformede fasen e. etc. c. nettstrøm, summen av disse d. osv. v. kan være null. I dette tilfellet oppstår en strøm i en lukket ikke-fungerende spole, som varmer opp denne spolen.
For å forhindre dette fenomenet er polbryterkretsen laget på en slik måte at tomgangsspolen er åpen (fig. 12, c).På grunn av den lille verdien av den øvre strømmen i noen elektriske motorer, blir det noen ganger ikke brudd i den lukkede sløyfen til tomgangsviklingen.
Produserte tre-trinns dobbeltviklede motorer med synkrone rotasjonshastigheter på 1000/1500/3000 og 750/1500/3000 rpm og fire-trinns motorer med 500/750/1000/1500 rpm. To-trinns motorer har seks, tre-trinns ni og fire-trinns 12 terminaler til polbryteren.
Det skal bemerkes at det er kretser for to-trinns motorer, som med en vikling gjør det mulig å oppnå rotasjonshastigheter hvis forhold ikke er lik 1: 2. Slike elektriske motorer gir synkrone rotasjonshastigheter på 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 rpm
Tre og fire forskjellige antall polpar kan oppnås ved å bruke spesielle ordninger for en enkelt vikling Slike flerhastighets elektriske motorer med en enkelt vikling er betydelig mindre enn dobbeltviklingsmotorer med samme parametere, noe som er veldig viktig for maskinteknikk .
I tillegg har enkeltvikling elektriske motorer litt høyere energiindikatorer og mindre arbeidskrevende produksjon. Ulempen med flerhastighetsmotorer med en enkelt vikling er tilstedeværelsen av et større antall ledninger introdusert i bryteren.
Imidlertid bestemmes kompleksiteten til bryteren ikke så mye av antall ledninger som bringes ut som av antall samtidige brytere. I denne forbindelse er det utviklet ordninger som gjør det mulig, i nærvær av en spole, å oppnå tre og fire hastigheter med relativt enkle brytere.
Ris. 2. Opplegg for å bytte polene til en induksjonsmotor.
Slike elektriske motorer produseres av mekanikk ved synkrone hastigheter på 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000 rpm.
Dreiemomentet til induksjonsmotoren kan uttrykkes med den velkjente formelen
hvor Ig er strømmen i rotorkretsen; F er den magnetiske fluksen til motoren; ? 2 er fasevinkelen mellom strømvektorene og e. etc. v. rotor.
Ris. 3. Trefase flerhastighets ekorn-burmotor.
Vurder denne formelen i forhold til hastighetsregulering av en induksjonsmotor.
Den høyeste tillatte kontinuerlige strømmen i rotoren bestemmes av tillatt oppvarming og er derfor tilnærmet konstant. Hvis hastighetsreguleringen utføres med en konstant magnetisk fluks, vil det maksimale langsiktige tillatte dreiemomentet også være konstant ved alle motorhastigheter. Denne hastighetskontrollen kalles konstant dreiemomentkontroll.
Hastighetsregulering ved å variere motstanden i rotorkretsen er regulering med et konstant maksimalt tillatt dreiemoment, siden den magnetiske fluksen til maskinen ikke endres under reguleringen.
Den maksimalt tillatte nytteeffekten til motorakselen ved lavere rotasjonshastighet (og derfor et større antall poler) bestemmes av uttrykket
hvor If1 — fasestrøm, maksimalt tillatt i henhold til oppvarmingsforholdene; Uph1 — fasespenning til statoren med et større antall poler.
Den maksimalt tillatte nyttige kraften til motorakselen ved høyere rotasjonshastighet (og et mindre antall poler) Uph2 — fasespenning i dette tilfellet.
Når du bytter fra en deltaforbindelse til en stjerne, synker fasespenningen med en faktor på 2.Når vi beveger oss fra krets a til krets b (fig. 2), får vi altså effektforholdet
Tar grovt
ta det
Med andre ord er effekten ved lavere hastighet 0,86 av effekten ved høyere rotorhastighet. Gitt den relativt lille endringen i maksimal kontinuerlig effekt ved de to hastighetene, blir slik regulering konvensjonelt referert til som konstant effektregulering.
Hvis du, når du kobler til halvdeler av hver fase, sekvensielt bruker en stjerneforbindelse, og deretter bytter til en parallell stjerneforbindelse (fig. 2, b), får vi
Eller
Dermed er det i dette tilfellet en konstant kontroll av dreiemomentomdreiningene. I verktøymaskiner for metallbearbeiding krever hovedbevegelsesdrevene konstant krafthastighetskontroll, og matedrevene krever konstant dreiemomenthastighetskontroll.
Ovennevnte beregninger av effektforholdet ved høyeste og laveste hastighet er omtrentlige. For eksempel ble det ikke tatt hensyn til muligheten for å øke belastningen ved høye hastigheter på grunn av den mer intense kjølingen av viklingene; den antatte likheten er også veldig omtrentlig, så for 4A-motoren vi har
Som et resultat er kraftforholdet til denne motoren P1 / P2 = 0,71. Omtrent de samme utvekslingene gjelder for andre to-trinns motorer.
Nye flertrinns enkeltspole elektriske motorer, avhengig av koblingsskjemaet, tillater hastighetskontroll med konstant kraft og konstant dreiemoment.
Det lille antallet kontrolltrinn som kan oppnås med polskiftende induksjonsmotorer, tillater vanligvis at slike motorer kun brukes på verktøymaskiner med spesialdesignede girkasser.