Moninopeuksiset sähkömoottorit ja niiden käyttö — tarkoitus ja ominaisuudet, tehon määritys eri pyörimisnopeuksilla

Moninopeuksiset sähkömoottorit — asynkroniset moottorit, joissa on useita nopeusasteisia, on suunniteltu ohjaamaan mekanismeja, jotka vaativat portaatonta nopeudensäätöä.

Moninopeuksiset moottorit ovat erityisesti suunniteltuja moottoreita. Niissä on erityinen staattorikäämitys ja normaali häkkiroottori.

Riippuen napojen suhteesta, piirien monimutkaisuudesta ja moninopeuksisten sähkömoottoreiden valmistusvuodesta, niiden staattorit valmistetaan neljässä versiossa:

• itsenäiset yksinopeuksiset kelat kahdelle, kolmelle, jopa neljälle nopeudelle;

• yhdellä tai kahdella kelalla napakytkennällä, ensimmäisessä tapauksessa kaksivaiheinen ja toisessa - nelivaiheinen;

• kun sähkömoottorilla on kolme pyörimisnopeutta, yksi kela kytketään navalla - kaksinopeuksinen ja toinen - yksinopeuksinen, riippumaton - mille tahansa napojen lukumäärälle;

• yhdellä kelalla napakytkimellä kolmelle tai neljälle nopeudelle.

Itsekäämittävien moottoreiden käyttöaste ja rakojen täyttö on heikkoa johtuen suuresta määrästä johtoja ja tiivisteitä, mikä vähentää merkittävästi tehoa nopeusaskelissa.
Kahden napakytketyn käämin läsnäolo staattorissa ja erityisesti yksi kolmelle tai neljälle kierrosnopeudelle parantaa rakojen täyttöä ja mahdollistaa staattorin sydämen järkevämmän käytön, minkä seurauksena sähkömoottorin teho lisääntyy.

Piirien monimutkaisuuden mukaan moninopeuksiset sähkömoottorit on jaettu kahteen osaan: joiden napasuhde on 2/1 ja - ei ole 2/1. Ensimmäinen sisältää sähkömoottorit, joiden nopeus on 1500/3000 rpm tai 2p = 4/2, 750/1500 rpm tai 2p = 8/4, 500/1000 rpm tai 2p = 12/6 jne., ja toiseen — 1000/1500 rpm tai 2p = 6/4, 750/1000 rpm tai 2p = 8/6, 1000/3000 rpm tai 2p = 6/2, 750/3000 rpm tai 2p = 8/2, 600 rpm tai 02p = 10/2, 375/1500 rpm tai 2p = 16/4 jne.

Riippuen napakytkentäisten käämien piirin valinnasta eri napojen lukumäärällä sähkömoottori voi olla joko vakiotehoinen tai vakiomomentti.

Napakytkentäisellä käämityksellä ja vakioteholla varustetuissa moottoreissa kierrosten lukumäärä molemmissa napoissa on sama tai lähellä toisiaan, mikä tarkoittaa, että niiden virrat ja tehot ovat samat tai lähellä toisiaan. Niiden vääntömomentit vaihtelevat kierrosten lukumäärän mukaan.

Vakiomomenttisähkömoottoreissa, joissa on pienempi napamäärä, kussakin vaiheessa kahteen osaan jaetut käämiryhmät on kytketty rinnan kaksoiskolmioon tai kaksoistähteen, minkä seurauksena kierrosten määrä vaiheessa pienenee, ja johdon poikkileikkaus, virta ja teho kaksinkertaistuvat.Kun vaihdetaan suurista napoista pienempään tähti/kolmio-järjestelyssä, kierrosten määrä vähenee ja virta ja teho kasvavat 1,73 kertaa. Tämä tarkoittaa, että suuremmalla teholla ja suuremmilla kierroksilla sekä pienemmällä teholla ja pienemmillä kierroksilla vääntömomentit ovat samat.

Yksinkertaisin tapa saada kaksi erilaista napaparien lukumäärää on oikosulkumoottorin staattorin järjestely kahdella itsenäisellä käämityksellä… Sähköteollisuus valmistaa tällaisia ​​moottoreita, joiden synkroniset pyörimisnopeudet ovat 1000/1500 rpm.

On kuitenkin olemassa useita staattorikäämityslangan kytkentämenetelmiä, joissa sama käämi voi tuottaa eri määrän napoja. Tämän tyyppinen yksinkertainen ja laajalle levinnyt kytkin on esitetty kuvassa. 1, a ja b. Sarjaan kytketyt staattorikelat muodostavat kaksi napaparia (kuva 1, a). Samat käämit on kytketty kahteen rinnakkaiseen piiriin, kuten kuvassa 2 on esitetty. 1b, muodostavat yhden napaparin.

Teollisuus valmistaa moninopeuksisia yksikäämimoottoreita, joissa on sarja-rinnakkaiskytkentä ja nopeussuhde 1:2 synkronisilla pyörimisnopeuksilla 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.

Yllä kuvattu kytkentätapa ei ole ainoa. Kuvassa Kuviossa 1 c esittää piiriä, joka muodostaa saman määrän napoja kuin kuviossa 1 esitetty piiri. 1, b.

Alan yleisin oli kuitenkin ensimmäinen sarja-rinnakkaiskytkentätapa, koska tällaisella kytkimellä saadaan irrotettua vähemmän johtoja staattorikäämityksestä ja siten kytkin voi olla yksinkertaisempi.

Riisi. 1. Induktiomoottorin napojen vaihtamisen periaate.

Kolmivaihekäämit voidaan kytkeä kolmivaiheiseen verkkoon tähti- tai kolmiosuuntaisesti. Kuvassa Kuvat 2, a ja b esittävät laajalle levinnyttä kytkentää, jossa sähkömoottori kytketään pienemmän nopeuden saavuttamiseksi kolmioon käämien sarjakytkennällä ja suuremman nopeuden saamiseksi tähtiin rinnakkaiskytkennällä kelat (t .aka kaksoistähti).

Sähköteollisuudessa valmistetaan kaksinopeuksien rinnalla myös kolminopeuksisia asynkronimoottoreita... Tässä tapauksessa sähkömoottorin staattorissa on kaksi erillistä käämiä, joista toinen antaa kaksi nopeutta yllä kuvatun kytkennän kautta. Toinen käämi, joka yleensä sisältyy tähteen, tarjoaa kolmannen nopeuden.

Jos sähkömoottorin staattorissa on kaksi itsenäistä käämiä, joista jokainen mahdollistaa napakytkennän, on mahdollista saada nelivaiheinen sähkömoottori. Tällöin napojen lukumäärä valitaan siten, että pyörimisnopeudet muodostavat vaaditun sarjan. Kaavio tällaisesta sähkömoottorista on esitetty kuvassa. 2, c.

On huomattava, että pyörivä magneettikenttä indusoi kolme E:tä tyhjäkäynnin käämin kolmessa vaiheessa. d. s, samankokoinen ja vaihesiirretty 120°. Näiden sähkömotoristen voimien geometrinen summa, kuten sähkötekniikasta tiedetään, on nolla. Kuitenkin epätarkan sinimuotoisen vaiheen e. jne. c. verkkovirta, näiden d. summa jne. v. voi olla nolla. Tässä tapauksessa suljetussa ei-toimivassa kelassa syntyy virta, joka lämmittää tämän kelan.

Tämän ilmiön estämiseksi napakytkentäpiiri on tehty siten, että joutokäyntikäämi on auki (kuva 12, c).Joidenkin sähkömoottoreiden ylemmän virran pienestä arvosta johtuen joutokäyntikäämin suljetussa piirissä ei joskus tehdä katkosta.

Valmistettiin kolminopeuksisia kaksoiskäämiä moottoreita, joiden synkroniset pyörimisnopeudet ovat 1000/1500/3000 ja 750/1500/3000 rpm ja nelinopeuksisia moottoreita 500/750/1000/1500 rpm. Kaksinopeuksisissa moottoreissa on kuusi, kolminopeus yhdeksän ja nelinopeuksinen 12 napakytkintä.

On huomattava, että kaksinopeuksisille moottoreille on olemassa piirejä, jotka yhdellä käämityksellä mahdollistavat pyörimisnopeuksien saavuttamisen, joiden suhde ei ole 1:2. Tällaiset sähkömoottorit tarjoavat synkroniset pyörimisnopeudet 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 rpm

Yksittäisen käämin erikoismenetelmillä voidaan saada kolme ja neljä erilaista napaparien lukumäärää.. Tällaiset moninopeuksiset yhdellä käämityksellä toimivat sähkömoottorit ovat huomattavasti pienempiä kuin kaksoiskäämimoottorit, joilla on samat parametrit, mikä on erittäin tärkeää koneenrakennuksen kannalta. .

Lisäksi yksikäämin sähkömoottoreissa on hieman korkeampi energiaindikaattorit ja vähemmän työvoimavaltaista tuotantoa. Yhdellä käämityksellä varustettujen moninopeuksien moottoreiden haittana on, että kytkimeen on lisätty useampia johtoja.

Kytkimen monimutkaisuus ei kuitenkaan määräydy niinkään ulos tuotujen johtojen kuin samanaikaisten kytkinten lukumäärän perusteella. Tältä osin on kehitetty järjestelmiä, jotka mahdollistavat kolmen ja neljän nopeuden saavuttamisen yhden kelan läsnä ollessa suhteellisen yksinkertaisilla kytkimillä.

Riisi. 2. Kaaviot oikosulkumoottorin napojen kytkemiseksi.

Tällaisia ​​sähkömoottoreita valmistetaan konepajatekniikalla synkronisilla nopeuksilla 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000 rpm.

Induktiomoottorin vääntömomentti voidaan ilmaista tunnetulla kaavalla

missä Ig on virta roottoripiirissä; F on moottorin magneettivuo; ? 2 on vaihekulma virtavektorien ja e välillä. jne. v. roottori.

Riisi. 3. Kolmivaiheinen moninopeuksinen oravahäkkimoottori.

Harkitse tätä kaavaa suhteessa oikosulkumoottorin nopeuden säätöön.

Suurin sallittu jatkuva virta roottorissa määräytyy sallitun kuumennuksen mukaan ja on siksi suunnilleen vakio. Jos nopeuden säätö suoritetaan vakiomagneettivuolla, niin kaikilla moottorin nopeuksilla myös suurin pitkäaikainen sallittu vääntömomentti on vakio. Tätä nopeuden säätöä kutsutaan vakiomomentin säädöksi.

Nopeuden säätö muuttamalla roottoripiirin vastusta on säätöä jatkuvalla suurimmalla sallitulla vääntömomentilla, koska koneen magneettivuo ei muutu säädön aikana.

Moottorin akselin suurin sallittu hyötyteho pienemmällä pyörimisnopeudella (ja siten suuremmalla määrällä napoja) määräytyy lausekkeella

jossa If1 — vaihevirta, suurin sallittu lämmitysolosuhteiden mukaan; Uph1 - staattorin vaihejännite, jossa on suurempi määrä napoja.

Moottorin akselin suurin sallittu hyötyteho suuremmalla pyörimisnopeudella (ja pienemmällä määrällä napoja) Uph2 - tässä tapauksessa vaihejännite.

Kun siirrytään kolmiokytkennästä tähtiin, vaihejännite pienenee kertoimella 2.Siten siirryttäessä piiristä a piiriin b (kuva 2), saadaan tehosuhde

Karkeasti ottaen

ota se

Toisin sanoen teho pienemmällä nopeudella on 0,86 tehosta suuremmalla roottorinopeudella. Kun otetaan huomioon suhteellisen pieni muutos jatkuvassa maksimitehossa kahdella nopeudella, tällaista säätöä kutsutaan perinteisesti vakiotehon säädöksi.

Jos yhdistät kunkin vaiheen puolikkaat, käytät peräkkäin tähtiliitäntää ja vaihdat sitten rinnakkaiseen tähtiliitäntään (kuva 2, b), saamme

Tai

Siten tässä tapauksessa vääntömomentin kierroksia valvotaan jatkuvasti. Metallintyöstökoneissa pääliikekäytöt vaativat tasaisen tehon nopeuden säädön ja syöttökäytöt jatkuvan vääntömomentin nopeuden säädön.

Yllä olevat laskelmat tehosuhteesta suurimmalla ja pienimmällä nopeudella ovat likimääräisiä. Esimerkiksi mahdollisuutta lisätä kuormitusta suurilla nopeuksilla käämien voimakkaamman jäähdytyksen vuoksi ei otettu huomioon; oletettu yhtäläisyys on myös hyvin likimääräinen, joten 4A moottorille meillä on

Tämän seurauksena tämän moottorin tehosuhde on P1 / P2 = 0,71. Suunnilleen samat välit pätevät muihin kaksinopeisiin moottoreihin.

Uudet moninopeuksiset yksikelaiset sähkömoottorit mahdollistavat kytkentäkaaviosta riippuen nopeudensäädön vakioteholla ja vakiomomentilla.

Napavaihtavilla oikosulkumoottoreilla saavutettavissa olevien ohjausportaiden pieni määrä mahdollistaa tällaisten moottoreiden käytön työstökoneissa vain erityisesti suunnitelluilla vaihteistoilla.

Katso myös: Moninopeuksisten moottoreiden käytön edut