Multi-speed elektriske motorer og deres anvendelse — formål og karakteristika, bestemmelse af effekt ved forskellige rotationshastigheder
Multi-speed elektriske motorer - asynkronmotorer med flere hastighedstrin, er designet til at drive mekanismer, der kræver trinløs hastighedskontrol.
Multi-speed motorer er specialdesignede motorer. De har en speciel statorvikling og en normal casted rotor.
Afhængigt af forholdet mellem poler, kompleksiteten af kredsløbene og produktionsåret for multi-speed elektriske motorer, produceres deres statorer i fire versioner:
-
uafhængige en-hastigheds spoler til to, tre, endda fire hastigheder;
-
med en eller to spoler med polomskiftning, i det første tilfælde to-trins, og i det andet - fire-trins;
-
med tilstedeværelsen af tre rotationshastigheder af den elektriske motor, skiftes en spole med en pol - to-hastighed, og den anden - enkelt-hastighed, uafhængig - for et hvilket som helst antal poler;
-
med en spole med polomskiftning til tre eller fire hastigheder.
Selvoptrækkende motorer har dårlig udnyttelse og spaltefyldning på grund af tilstedeværelsen af et stort antal ledninger og tætninger, hvilket væsentligt reducerer effekten i hastighedstrin.
Tilstedeværelsen af to polswitchede viklinger i statoren, og især en til tre eller fire omdrejningshastigheder, forbedrer fyldningen af spalterne og tillader en mere rationel brug af statorkernen, hvilket resulterer i, at elmotorens kraft stiger.
I henhold til kompleksiteten af kredsløbene er multi-speed elektriske motorer opdelt i to dele: med et polforhold lig med 2/1 og - ikke lig med 2/1. Den første omfatter elektriske motorer med en hastighed på 1500/3000 rpm eller 2p = 4/2, 750/1500 rpm eller 2p = 8/4, 500/1000 rpm eller 2p = 12/6 osv., og til den anden — 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 osv.
Afhængigt af valget af kredsløbet af polswitchede viklinger, med forskelligt antal poler, kan den elektriske motor være enten konstant effekt eller konstant drejningsmoment.
For motorer med en polkoblet vikling og konstant effekt vil antallet af omdrejninger i faser ved begge antal poler være det samme eller tæt på hinanden, hvilket betyder, at deres strømme og kræfter vil være ens eller tæt på. Deres drejningsmomenter vil være forskellige afhængigt af antallet af omdrejninger.
I elektriske motorer med konstant drejningsmoment med et mindre antal poler er grupper af viklinger opdelt i to dele i hver fase forbundet parallelt i en dobbelt delta- eller dobbeltstjerne, hvilket resulterer i, at antallet af vindinger i en fase falder, og ledningens tværsnit, strøm og effekt fordobles.Når der skiftes fra store til færre poler i et stjerne/delta-arrangement, falder antallet af omdrejninger, og strømmen og effekten vil stige med 1,73 gange. Det betyder, at ved højere effekt og højere omdrejninger, såvel som ved lavere effekt og lavere omdrejninger, vil drejningsmomenterne være de samme.
Den enkleste måde at få to forskellige antal polpar på er arrangement af statoren til en induktionsmotor med to uafhængige viklinger… Den elektriske industri producerer sådanne motorer med synkrone omdrejningshastigheder på 1000/1500 rpm.
Der er dog en række statorviklingsledninger, hvor den samme vikling kan producere et andet antal poler. En enkel og udbredt afbryder af denne type er vist i fig. 1, a og b. Statorspoler forbundet i serie danner to par poler (fig. 1, a). De samme spoler forbundet i to parallelle kredsløb som vist i fig. 1b, danner ét par stænger.
Industrien producerer multi-speed enkelt-vindede motorer med serie-parallel switching og med et hastighedsforhold på 1:2 med synkrone omdrejningshastigheder 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.
Skiftmetoden beskrevet ovenfor er ikke den eneste. I fig. 1, c viser et kredsløb, der danner det samme antal poler som kredsløbet vist i fig. 1, b.
Den mest almindelige i branchen var dog den første metode til serie-parallel omkobling, for med en sådan switch kan færre ledninger fjernes fra statorviklingen og derfor kan omskifteren være enklere.
Ris. 1. Princippet om at skifte polerne på en induktionsmotor.
Trefaseviklinger kan tilsluttes et trefaset netværk i stjerne eller trekant. I fig. 2 viser a og b en udbredt kobling, hvor elmotoren for at opnå en lavere hastighed er forbundet med et delta med seriekobling af spoler, og for at opnå en højere hastighed en stjerne med en parallelforbindelse på spolerne (t .aka dobbeltstjerne).
Sammen med to-hastigheden producerer den elektriske industri også tre-trins asynkronmotorer... I dette tilfælde har elektromotorens stator to separate viklinger, hvoraf den ene giver to hastigheder gennem koblingen beskrevet ovenfor. Den anden vikling, normalt inkluderet i stjernen, giver den tredje hastighed.
Hvis elektromotorens stator har to uafhængige viklinger, som hver tillader polomskiftning, er det muligt at opnå en fire-trins elektrisk motor. I dette tilfælde vælges antallet af poler således, at omdrejningshastighederne udgør den nødvendige serie. Et diagram over en sådan elektrisk motor er vist i fig. 2, c.
Det skal bemærkes, at det roterende magnetfelt vil inducere tre E i tre faser af tomgangsviklingen. d. s, af samme størrelse og fase forskudt med 120 °. Den geometriske sum af disse elektromotoriske kræfter, som kendt fra elektroteknik, er nul. Men på grund af den upræcise sinusfase e. etc. c. netstrøm, summen af disse d. mv. v. kan være nul. I dette tilfælde opstår der en strøm i en lukket ikke-fungerende spole, som opvarmer denne spole.
For at forhindre dette fænomen er polomskifterkredsløbet lavet på en sådan måde, at tomgangsspolen er åben (fig. 12, c).På grund af den lille værdi af den øvre strøm i nogle elektriske motorer sker der nogle gange ingen brud i den lukkede sløjfe af tomgangsviklingen.
Produceret tre-trins dobbeltviklede motorer med synkrone omdrejningshastigheder på 1000/1500/3000 og 750/1500/3000 rpm og fire-speed motorer med 500/750/1000/1500 rpm. To-speed motorer har seks, tre-speed ni, og fire-speed 12 terminaler til polkontakten.
Det skal bemærkes, at der er kredsløb til to-hastighedsmotorer, som med en vikling gør det muligt at opnå rotationshastigheder, hvis forhold ikke er lig med 1: 2. Sådanne elektriske motorer giver synkrone rotationshastigheder på 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 rpm
Tre og fire forskellige antal polpar kan opnås ved at bruge specielle ordninger for en enkelt vikling. Sådanne multi-speed elektriske motorer med en enkelt vikling er betydeligt mindre end dobbeltviklingsmotorer med de samme parametre, hvilket er meget vigtigt for maskinteknik .
Derudover har enkeltvindede elektriske motorer lidt højere energiindikatorer og mindre arbejdskrævende produktion. Ulempen ved multi-speed motorer med en enkelt vikling er tilstedeværelsen af et større antal ledninger indført i kontakten.
Imidlertid bestemmes kompleksiteten af switchen ikke så meget af antallet af ledninger, der bringes ud, som af antallet af samtidige switche. I denne henseende er der udviklet ordninger, der gør det muligt i nærværelse af en spole at opnå tre og fire hastigheder med relativt enkle kontakter.
Ris. 2. Skemaer til at skifte polerne på en induktionsmotor.
Sådanne elektriske motorer produceres af mekanik ved synkrone hastigheder på 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000 rpm.
Induktionsmotorens drejningsmoment kan udtrykkes med den velkendte formel
hvor Ig er strømmen i rotorkredsløbet; F er motorens magnetiske flux; ? 2 er fasevinklen mellem strømvektorerne og e. etc. v. rotor.
Ris. 3. Trefaset multi-speed egern-bur-motor.
Overvej denne formel i forhold til hastighedsstyring af en induktionsmotor.
Den højest tilladte kontinuerlige strøm i rotoren bestemmes af den tilladte opvarmning og er derfor tilnærmelsesvis konstant. Hvis hastighedsreguleringen udføres med en konstant magnetisk flux, vil det maksimalt tilladte drejningsmoment på lang sigt også være konstant ved alle motorhastigheder. Denne hastighedsregulering kaldes konstant momentstyring.
Hastighedsregulering ved at variere modstanden i rotorkredsløbet er regulering med et konstant maksimalt tilladt drejningsmoment, da maskinens magnetiske flux ikke ændres under reguleringen.
Den maksimalt tilladte nytteeffekt af motorakslen ved en lavere omdrejningshastighed (og derfor et større antal poler) bestemmes af udtrykket
hvor If1 — fasestrøm, maksimalt tilladt i henhold til varmeforholdene; Uph1 — fasespænding af statoren med et større antal poler.
Den maksimalt tilladte nytteeffekt af motorakslen ved en højere rotationshastighed (og et mindre antal poler) Uph2 — fasespænding i dette tilfælde.
Når der skiftes fra en deltaforbindelse til en stjerne, falder fasespændingen med en faktor 2.Når vi bevæger os fra kredsløb a til kredsløb b (fig. 2), får vi således effektforholdet
Tager groft
tag det
Med andre ord er effekten ved lavere hastighed 0,86 af effekten ved højere rotorhastighed. I betragtning af den relativt lille ændring i maksimal kontinuerlig effekt ved de to hastigheder, omtales en sådan regulering konventionelt som konstant effektregulering.
Hvis du, når du forbinder halvdele af hver fase, sekventielt bruger en stjerneforbindelse, og derefter skifter til en parallel stjerneforbindelse (fig. 2, b), så får vi
Eller
Der er således i dette tilfælde en konstant kontrol af drejningsmomentomdrejningerne. I værktøjsmaskiner til metalbearbejdning kræver de vigtigste bevægelsesdrev konstant effekthastighedskontrol, og fremføringsdrevene kræver konstant drejningsmomenthastighedskontrol.
Ovenstående beregninger af effektforholdet ved højeste og laveste hastighed er omtrentlige. For eksempel blev muligheden for at øge belastningen ved høje hastigheder på grund af den mere intense afkøling af viklingerne ikke taget i betragtning; den formodede lighed er også meget omtrentlig. Så for den 4A motor vi har
Som et resultat er effektforholdet for denne motor P1 / P2 = 0,71. Nogenlunde de samme forhold gælder for andre to-trins motorer.
Nye multi-speed single-coil elektriske motorer, afhængigt af koblingsskemaet, tillader hastighedskontrol med konstant effekt og konstant drejningsmoment.
Det lille antal kontroltrin, der kan opnås med polskiftende induktionsmotorer, gør det normalt kun muligt at bruge sådanne motorer på værktøjsmaskiner med specialdesignede gearkasser.