Ηλεκτροκινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων και η χρήση τους — σκοπός και χαρακτηριστικά, προσδιορισμός ισχύος σε διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής

Ηλεκτροκινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων — οι ασύγχρονοι κινητήρες με πολλά στάδια ταχύτητας, έχουν σχεδιαστεί για να οδηγούν μηχανισμούς που απαιτούν αδιάκοπο έλεγχο ταχύτητας.

Οι κινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων είναι ειδικά σχεδιασμένοι κινητήρες. Διαθέτουν ειδική περιέλιξη στάτορα και κανονικό ρότορα εγκλωβισμένου.

Ανάλογα με την αναλογία των πόλων, την πολυπλοκότητα των κυκλωμάτων και το έτος παραγωγής των ηλεκτροκινητήρων πολλαπλών ταχυτήτων, οι στάτορες τους παράγονται σε τέσσερις εκδόσεις:

• ανεξάρτητα πηνία μίας ταχύτητας για δύο, τρεις, ακόμη και τέσσερις ταχύτητες.

• με ένα ή δύο πηνία με μεταγωγή πόλων, στην πρώτη περίπτωση δύο σταδίων και στη δεύτερη - τεσσάρων σταδίων.

• με την παρουσία τριών ταχυτήτων περιστροφής του ηλεκτροκινητήρα, ένα πηνίο αλλάζει με έναν πόλο - δύο ταχυτήτων και το δεύτερο - μονής ταχύτητας, ανεξάρτητο - για οποιονδήποτε αριθμό πόλων.

• με ένα πηνίο με μεταγωγή πόλων για τρεις ή τέσσερις ταχύτητες.

Οι αυτοτυλιγμένοι κινητήρες έχουν κακή χρήση και πλήρωση σχισμής λόγω της παρουσίας μεγάλου αριθμού συρμάτων και στεγανοποιήσεων, γεγονός που μειώνει σημαντικά την ισχύ στα βήματα ταχύτητας.
Η παρουσία δύο περιελίξεων με μεταγωγή πόλων στον στάτορα, και ειδικά ενός για τρεις ή τέσσερις ταχύτητες περιστροφής, βελτιώνει το γέμισμα των σχισμών και επιτρέπει την πιο ορθολογική χρήση του πυρήνα του στάτορα, με αποτέλεσμα η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα αυξάνει.

Σύμφωνα με την πολυπλοκότητα των κυκλωμάτων, οι ηλεκτροκινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων χωρίζονται σε δύο μέρη: με αναλογία πόλων ίση με 2/1 και — όχι ίση με 2/1. Το πρώτο περιλαμβάνει ηλεκτροκινητήρες με ταχύτητα 1500/3000 rpm ή 2p = 4/2, 750/1500 rpm ή 2p = 8/4, 500/1000 rpm ή 2p = 12/6, κ.λπ., και στο δεύτερο — 1000 /1500 rpm ή 2p = 6/4, 750/1000 rpm ή 2p = 8/6, 1000/3000 rpm ή 2p = 6/2, 750/3000 rpm ή 2p = 8/2, 600/3000 rpm = 10/2, 375/1500 rpm ή 2p = 16/4, κ.λπ.

Ανάλογα με την επιλογή του κυκλώματος περιελίξεων με μεταγωγή πόλων, με διαφορετικό αριθμό πόλων, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να είναι είτε σταθερής ισχύος είτε σταθερής ροπής.

Για κινητήρες με περιέλιξη με πόλο μεταγωγής και σταθερή ισχύ, ο αριθμός των στροφών σε φάσεις και στους δύο αριθμούς πόλων θα είναι ίδιος ή κοντά ο ένας στον άλλο, πράγμα που σημαίνει ότι τα ρεύματα και οι ισχύς τους θα είναι ίδια ή κοντά. Οι ροπές τους θα είναι διαφορετικές, ανάλογα με τον αριθμό των στροφών.

Σε ηλεκτρικούς κινητήρες σταθερής ροπής με μικρότερο αριθμό πόλων, ομάδες περιελίξεων χωρισμένες σε δύο μέρη σε κάθε φάση συνδέονται παράλληλα σε ένα διπλό τρίγωνο ή διπλό αστέρι, με αποτέλεσμα ο αριθμός των στροφών σε μια φάση να μειώνεται και η διατομή του καλωδίου, το ρεύμα και η ισχύς διπλασιάζονται.Όταν αλλάζετε από μεγάλους σε λιγότερους πόλους σε διάταξη αστεριού/δέλτα, ο αριθμός των στροφών μειώνεται και το ρεύμα και η ισχύς θα αυξηθούν κατά 1,73 φορές. Αυτό σημαίνει ότι σε υψηλότερη ισχύ και υψηλότερες στροφές, καθώς και σε χαμηλότερη ισχύ και χαμηλότερες στροφές, οι ροπές θα είναι ίδιες.

Ο απλούστερος τρόπος για να λάβετε δύο διαφορετικούς αριθμούς ζευγών πόλων είναι διάταξη του στάτορα ενός επαγωγικού κινητήρα με δύο ανεξάρτητες περιελίξεις… Η ηλεκτρική βιομηχανία παράγει τέτοιους κινητήρες με σύγχρονες ταχύτητες περιστροφής 1000/1500 rpm.

Ωστόσο, υπάρχει ένας αριθμός σχημάτων μεταγωγής καλωδίων περιέλιξης στάτορα όπου η ίδια περιέλιξη μπορεί να παράγει διαφορετικό αριθμό πόλων. Ένας απλός και διαδεδομένος διακόπτης αυτού του τύπου φαίνεται στο σχ. 1, α και β. Τα πηνία στάτορα που συνδέονται σε σειρά σχηματίζουν δύο ζεύγη πόλων (Εικ. 1, α). Τα ίδια πηνία συνδέονται σε δύο παράλληλα κυκλώματα όπως φαίνεται στο σχ. 1b, σχηματίστε ένα ζεύγος πόλων.

Η βιομηχανία παράγει κινητήρες μονής περιέλιξης πολλαπλών ταχυτήτων με σειριακή-παράλληλη μεταγωγή και με λόγο στροφών 1:2 με σύγχρονες ταχύτητες περιστροφής 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.

Η μέθοδος μεταγωγής που περιγράφεται παραπάνω δεν είναι η μόνη. Στο σχ. 1, c δείχνει ένα κύκλωμα που σχηματίζει τον ίδιο αριθμό πόλων με το κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα. 1, β.

Ωστόσο, η πιο διαδεδομένη στη βιομηχανία ήταν η πρώτη μέθοδος σειριακής-παράλληλης μεταγωγής, επειδή με έναν τέτοιο διακόπτη μπορούν να αφαιρεθούν λιγότερα καλώδια από την περιέλιξη του στάτη και επομένως ο διακόπτης μπορεί να είναι απλούστερος.

Ρύζι. 1. Η αρχή της εναλλαγής των πόλων ενός επαγωγικού κινητήρα.

Οι τριφασικές περιελίξεις μπορούν να συνδεθούν σε ένα τριφασικό δίκτυο σε αστέρι ή δέλτα. Στο σχ. 2, a και b δείχνουν μια ευρεία μεταγωγή, στην οποία ο ηλεκτροκινητήρας, για να αποκτήσει χαμηλότερη ταχύτητα, συνδέεται με ένα τρίγωνο με μια σειρά σύνδεσης πηνίων και για να αποκτήσει υψηλότερη ταχύτητα, ένα αστέρι με παράλληλη σύνδεση τα πηνία (t .aka double star).

Μαζί με τα δύο ταχυτήτων, η ηλεκτροβιομηχανία παράγει και ασύγχρονους κινητήρες τριών ταχυτήτων... Σε αυτήν την περίπτωση, ο στάτορας του ηλεκτροκινητήρα έχει δύο ξεχωριστές περιελίξεις, το ένα από τα οποία παρέχει δύο ταχύτητες μέσω του διακόπτη που περιγράφεται παραπάνω. Η δεύτερη περιέλιξη, που συνήθως περιλαμβάνεται στο αστέρι, παρέχει την τρίτη ταχύτητα.

Εάν ο στάτορας του ηλεκτροκινητήρα έχει δύο ανεξάρτητες περιελίξεις, καθεμία από τις οποίες επιτρέπει την εναλλαγή πόλων, είναι δυνατό να ληφθεί ένας ηλεκτροκινητήρας τεσσάρων σταδίων. Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των πόλων επιλέγεται έτσι ώστε οι ταχύτητες περιστροφής να αποτελούν την απαιτούμενη σειρά. Ένα διάγραμμα ενός τέτοιου ηλεκτροκινητήρα φαίνεται στο σχ. 2, γ.

Πρέπει να σημειωθεί ότι το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο θα προκαλέσει τρία Ε σε τρεις φάσεις της περιέλιξης ρελαντί. ρε. s, του ίδιου μεγέθους και φάσης μετατοπίστηκε κατά 120 °. Το γεωμετρικό άθροισμα αυτών των ηλεκτροκινητικών δυνάμεων, όπως είναι γνωστό από την ηλεκτρική μηχανική, είναι μηδέν. Ωστόσο, λόγω της ανακριβούς ημιτονοειδούς φάσης π. και τα λοιπά. γ. ρεύμα δικτύου, το άθροισμα αυτών δ. κ.λπ. v. μπορεί να είναι μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, ένα ρεύμα προκύπτει σε ένα κλειστό μη λειτουργικό πηνίο, το οποίο θερμαίνει αυτό το πηνίο.

Για να αποφευχθεί αυτό το φαινόμενο, το κύκλωμα μεταγωγής πόλου είναι κατασκευασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε το πηνίο ρελαντί να είναι ανοιχτό (Εικ. 12, γ).Λόγω της μικρής τιμής του ανώτερου ρεύματος σε ορισμένους ηλεκτροκινητήρες, μερικές φορές δεν γίνεται θραύση στον κλειστό βρόχο της περιέλιξης ρελαντί.

Παρήχθησαν κινητήρες τριών ταχυτήτων διπλού τυλίγματος με σύγχρονες ταχύτητες περιστροφής 1000/1500/3000 και 750/1500/3000 rpm και κινητήρες τεσσάρων ταχυτήτων με 500/750/1000/1500 rpm. Οι κινητήρες δύο ταχυτήτων έχουν έξι, τριών ταχυτήτων εννέα και τεσσάρων ταχυτήτων 12 ακροδέκτες στον διακόπτη πόλων.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχουν κυκλώματα για κινητήρες δύο ταχυτήτων, τα οποία με μία περιέλιξη καθιστούν δυνατή την απόκτηση ταχυτήτων περιστροφής των οποίων η αναλογία δεν είναι ίση με 1: 2. Τέτοιοι ηλεκτρικοί κινητήρες παρέχουν σύγχρονες ταχύτητες περιστροφής 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 σ.α.λ

Τρεις και τέσσερις διαφορετικοί αριθμοί ζευγών πόλων μπορούν να ληφθούν χρησιμοποιώντας ειδικά σχήματα για μια απλή περιέλιξη. Τέτοιοι ηλεκτρικοί κινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων με μία περιέλιξη είναι σημαντικά μικρότεροι από τους κινητήρες διπλής περιέλιξης με τις ίδιες παραμέτρους, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για τη μηχανολογία .

Επιπλέον, οι ηλεκτροκινητήρες μονής περιέλιξης έχουν ελαφρώς υψηλότερο ενεργειακούς δείκτες και παραγωγή λιγότερης έντασης εργασίας. Το μειονέκτημα των κινητήρων πολλαπλών ταχυτήτων με μία μόνο περιέλιξη είναι η παρουσία μεγαλύτερου αριθμού καλωδίων που εισάγονται στον διακόπτη.

Ωστόσο, η πολυπλοκότητα του διακόπτη καθορίζεται όχι τόσο από τον αριθμό των καλωδίων που βγαίνουν έξω όσο από τον αριθμό των ταυτόχρονων διακοπτών. Από αυτή την άποψη, έχουν αναπτυχθεί σχήματα που επιτρέπουν, με την παρουσία ενός πηνίου, να επιτυγχάνονται τρεις και τέσσερις ταχύτητες με σχετικά απλούς διακόπτες.

Ρύζι. 2. Σχέδια μεταγωγής πόλων επαγωγικού κινητήρα.

Τέτοιοι ηλεκτρικοί κινητήρες παράγονται από μηχανολογία σε σύγχρονες ταχύτητες 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/700/501/pm.

Η ροπή του επαγωγικού κινητήρα μπορεί να εκφραστεί με τον γνωστό τύπο

όπου Ig είναι το ρεύμα στο κύκλωμα του ρότορα. F είναι η μαγνητική ροή του κινητήρα. ? 2 είναι η γωνία φάσης μεταξύ των διανυσμάτων ρεύματος και του e. και τα λοιπά. v. ρότορας.

Ρύζι. 3. Τριφασικός κινητήρας σκίουρου-κλουβί πολλαπλών ταχυτήτων.

Εξετάστε αυτόν τον τύπο σε σχέση με τον έλεγχο ταχύτητας ενός επαγωγικού κινητήρα.

Το υψηλότερο επιτρεπόμενο συνεχές ρεύμα στον ρότορα καθορίζεται από την επιτρεπόμενη θέρμανση και επομένως είναι περίπου σταθερό. Εάν η ρύθμιση ταχύτητας πραγματοποιείται με σταθερή μαγνητική ροή, τότε σε όλες τις στροφές του κινητήρα η μέγιστη μακροπρόθεσμη επιτρεπόμενη ροπή θα είναι επίσης σταθερή. Αυτός ο έλεγχος ταχύτητας ονομάζεται έλεγχος σταθερής ροπής.

Η ρύθμιση της ταχύτητας μεταβάλλοντας την αντίσταση στο κύκλωμα του ρότορα είναι ρύθμιση με σταθερή μέγιστη επιτρεπόμενη ροπή, αφού η μαγνητική ροή του μηχανήματος δεν αλλάζει κατά τη ρύθμιση.

Η μέγιστη επιτρεπόμενη ωφέλιμη ισχύς του άξονα του κινητήρα σε χαμηλότερη ταχύτητα περιστροφής (και επομένως μεγαλύτερο αριθμό πόλων) καθορίζεται από την έκφραση

όπου If1 — ρεύμα φάσης, μέγιστο επιτρεπόμενο σύμφωνα με τις συνθήκες θέρμανσης. Uph1 — τάση φάσης του στάτη με μεγαλύτερο αριθμό πόλων.

Η μέγιστη επιτρεπόμενη ωφέλιμη ισχύς του άξονα του κινητήρα σε υψηλότερη ταχύτητα περιστροφής (και μικρότερο αριθμό πόλων) Uph2 — τάση φάσης σε αυτήν την περίπτωση.

Κατά τη μετάβαση από σύνδεση τριγώνου σε αστέρι, η τάση φάσης μειώνεται κατά 2.Έτσι, όταν μετακινούμαστε από το κύκλωμα a στο κύκλωμα b (Εικ. 2), παίρνουμε τον λόγο ισχύος

Παίρνοντας χοντροκομμένα

παρ'το

Με άλλα λόγια, η ισχύς σε χαμηλότερη ταχύτητα είναι 0,86 της ισχύος σε υψηλότερη ταχύτητα ρότορα. Δεδομένης της σχετικά μικρής αλλαγής στη μέγιστη συνεχή ισχύ στις δύο ταχύτητες, μια τέτοια ρύθμιση αναφέρεται συμβατικά ως ρύθμιση σταθερής ισχύος.

Εάν, όταν συνδέετε τα μισά κάθε φάσης, χρησιμοποιείτε διαδοχικά μια σύνδεση αστεριού και, στη συνέχεια, μεταβείτε σε σύνδεση παράλληλου αστέρα (Εικ. 2, β), τότε έχουμε

Ή

Έτσι, σε αυτή την περίπτωση, υπάρχει συνεχής έλεγχος των στροφών της ροπής. Στις εργαλειομηχανές μεταλλουργίας, οι κινητήρες κύριας κίνησης απαιτούν σταθερό έλεγχο ταχύτητας ισχύος και οι ηλεκτροκινητήρες τροφοδοσίας απαιτούν σταθερό έλεγχο ταχύτητας ροπής.

Οι παραπάνω υπολογισμοί του λόγου ισχύος στην υψηλότερη και στη χαμηλότερη ταχύτητα είναι κατά προσέγγιση. Για παράδειγμα, δεν ελήφθη υπόψη η δυνατότητα αύξησης του φορτίου σε υψηλές ταχύτητες λόγω της πιο έντονης ψύξης των περιελίξεων. η υποτιθέμενη ισότητα είναι επίσης πολύ κατά προσέγγιση.Έτσι, για τον κινητήρα 4Α έχουμε

Ως αποτέλεσμα, ο λόγος ισχύος αυτού του κινητήρα είναι P1 / P2 = 0,71. Οι ίδιες περίπου αναλογίες ισχύουν και για άλλους κινητήρες δύο ταχυτήτων.

Οι νέοι ηλεκτροκινητήρες πολλαπλών ταχυτήτων μονού πηνίου, ανάλογα με το σχήμα μεταγωγής, επιτρέπουν τον έλεγχο της ταχύτητας με σταθερή ισχύ και σταθερή ροπή.

Ο μικρός αριθμός σταδίων ελέγχου που μπορεί να επιτευχθεί με επαγωγικούς κινητήρες αλλαγής πόλου συνήθως επιτρέπει τη χρήση τέτοιων κινητήρων σε εργαλειομηχανές μόνο με ειδικά σχεδιασμένα κιβώτια ταχυτήτων.

Δείτε επίσης: Πλεονεκτήματα της χρήσης κινητήρων πολλαπλών ταχυτήτων