Motori elettrici a più velocità e loro utilizzo: scopo e caratteristiche, determinazione della potenza a diverse velocità di rotazione

Motori elettrici a più velocità - motori asincroni con diversi stadi di velocità, sono progettati per azionare meccanismi che richiedono un controllo continuo della velocità.

I motori a più velocità sono motori appositamente progettati. Hanno uno speciale avvolgimento dello statore e un normale rotore a gabbia.

A seconda del rapporto tra i poli, della complessità dei circuiti e dell'anno di produzione dei motori elettrici a più velocità, i loro statori vengono prodotti in quattro versioni:

• bobine indipendenti a una velocità per due, tre, anche quattro velocità;

• con una o due bobine con commutazione dei poli, nel primo caso a due stadi e nel secondo a quattro stadi;

• con la presenza di tre velocità di rotazione del motore elettrico, una bobina viene commutata con un polo - a due velocità e la seconda - a velocità singola, indipendente - per qualsiasi numero di poli;

• ad una bobina con commutazione dei poli per tre o quattro velocità.

I motori a carica automatica hanno uno scarso utilizzo e riempimento della fessura a causa della presenza di un gran numero di fili e guarnizioni, che riduce significativamente la potenza nei gradini di velocità.
La presenza di due avvolgimenti a poli commutati nello statore, e soprattutto uno per tre o quattro velocità di rotazione, migliora il riempimento delle cave e consente un uso più razionale del pacco statorico, per cui la potenza del motore elettrico aumenta.

A seconda della complessità dei circuiti, i motori elettrici a più velocità sono divisi in due parti: con rapporto polare pari a 2/1 e — non uguale a 2/1. La prima comprende motori elettrici con velocità di 1500/3000 giri/min o 2p = 4/2, 750/1500 giri/min o 2p = 8/4, 500/1000 giri/min o 2p = 12/6, ecc., e alla seconda — 1000/1500 giri/min o 2p = 6/4, 750/1000 giri/min o 2p = 8/6, 1000/3000 giri/min o 2p = 6/2, 750/3000 giri/min o 2p = 8/2, 600/3000 giri/min o 2p = 10/2, 375/1500 giri/min o 2p = 16/4, ecc.

A seconda della scelta del circuito degli avvolgimenti a poli commutati, con diverso numero di poli, il motore elettrico può essere a potenza costante oa coppia costante.

Per i motori con avvolgimento a commutazione di poli e potenza costante, il numero di spire in fase su entrambi i numeri di poli sarà uguale o vicino l'uno all'altro, il che significa che le loro correnti e potenze saranno uguali o vicine. Le loro coppie saranno diverse, a seconda del numero di giri.

Nei motori elettrici a coppia costante con un numero minore di poli, gruppi di avvolgimenti divisi in due parti in ciascuna fase sono collegati in parallelo in un doppio triangolo o doppia stella, per cui il numero di spire in una fase diminuisce e la sezione del filo, la corrente e la potenza sono raddoppiate.Quando si passa da poli grandi a meno poli in una disposizione stella / triangolo, il numero di giri diminuisce e la corrente e la potenza aumentano di 1,73 volte. Ciò significa che a potenze e giri più alti, così come a potenze e giri più bassi, le coppie saranno le stesse.

Il modo più semplice per ottenere due diversi numeri di coppie polari è disposizione dello statore di un motore a induzione con due avvolgimenti indipendenti… L'industria elettrica produce tali motori con velocità di rotazione sincrona di 1000/1500 giri/min.

Tuttavia, esistono numerosi schemi di commutazione del filo dell'avvolgimento dello statore in cui lo stesso avvolgimento può produrre un numero diverso di poli. Un semplice e diffuso interruttore di questo tipo è mostrato in fig. 1, a e b. Le bobine dello statore collegate in serie formano due coppie di poli (Fig. 1, a). Le stesse bobine collegate in due circuiti paralleli come mostrato in fig. 1b, formare una coppia di pali.

L'industria produce motori ad avvolgimento singolo a più velocità con commutazione in serie-parallelo e con un rapporto di velocità di 1: 2 con velocità di rotazione sincrone 500/1000, 750/1500, 1500/3000 giri/min.

Il metodo di commutazione sopra descritto non è l'unico. Nella fig. 1, c mostra un circuito che forma lo stesso numero di poli del circuito di fig. 1, b.

Tuttavia, il più comune nel settore è stato il primo metodo di commutazione in serie-parallelo, poiché con un tale interruttore è possibile rimuovere meno fili dall'avvolgimento dello statore e quindi l'interruttore può essere più semplice.

Riso. 1. Il principio della commutazione dei poli di un motore a induzione.

Gli avvolgimenti trifase possono essere collegati a una rete trifase a stella oa triangolo. Nella fig. 2, a e b mostrano una commutazione diffusa, in cui il motore elettrico, per ottenere una velocità minore, è collegato a triangolo con un collegamento in serie di spire, e per ottenere una velocità maggiore, una stella con un collegamento in parallelo di le spire (t .aka doppia stella).

Insieme a quelli a due velocità, l'industria elettrica produce anche motori asincroni a tre velocità. In questo caso, lo statore del motore elettrico ha due avvolgimenti separati, uno dei quali fornisce due velocità attraverso la commutazione sopra descritta. Il secondo avvolgimento, solitamente compreso nella stella, fornisce la terza velocità.

Se lo statore del motore elettrico ha due avvolgimenti indipendenti, ciascuno dei quali consente la commutazione dei poli, è possibile ottenere un motore elettrico a quattro stadi. In questo caso il numero di poli viene scelto in modo che le velocità di rotazione costituiscano la serie richiesta. Uno schema di un tale motore elettrico è mostrato in fig. 2, c.

Va notato che il campo magnetico rotante indurrà tre E in tre fasi dell'avvolgimento a vuoto. D. s, della stessa dimensione e sfasata di 120°. La somma geometrica di queste forze elettromotrici, come noto dall'ingegneria elettrica, è zero. Tuttavia, a causa della fase sinusoidale imprecisa e. eccetera. c. corrente di rete, la somma di questi d., ecc. v. può essere zero. In questo caso, una corrente si verifica in una bobina non funzionante chiusa, che riscalda questa bobina.

Per evitare questo fenomeno, il circuito di commutazione dei poli è realizzato in modo tale che la bobina del minimo sia aperta (Fig. 12, c).A causa del piccolo valore della corrente superiore in alcuni motori elettrici, a volte non si verifica alcuna interruzione nell'anello chiuso dell'avvolgimento a vuoto.

Produce motori a doppia avvolgimento a tre velocità con velocità di rotazione sincrona di 1000/1500/3000 e 750/1500/3000 giri/min e motori a quattro velocità con 500/750/1000/1500 giri/min. I motori a due velocità hanno sei terminali, nove a tre velocità e 12 a quattro velocità sull'interruttore del polo.

Va notato che esistono circuiti per motori a due velocità, che con un avvolgimento consentono di ottenere velocità di rotazione il cui rapporto non è uguale a 1: 2. Tali motori elettrici forniscono velocità di rotazione sincrona di 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 giri/min

È possibile ottenere tre e quattro diversi numeri di coppie di poli utilizzando schemi speciali per un singolo avvolgimento.Tali motori elettrici a più velocità con un singolo avvolgimento sono significativamente più piccoli dei motori a doppio avvolgimento con gli stessi parametri, il che è molto importante per l'ingegneria meccanica .

Inoltre, i motori elettrici a singolo avvolgimento sono leggermente più alti indicatori energetici e una produzione meno laboriosa. Lo svantaggio dei motori a più velocità con un solo avvolgimento è la presenza di un numero maggiore di fili introdotti nell'interruttore.

Tuttavia, la complessità dell'interruttore è determinata non tanto dal numero di fili messi in uscita quanto dal numero di interruttori simultanei. A tal proposito sono stati sviluppati schemi che consentono, in presenza di una bobina, di ottenere tre e quattro velocità con commutatori relativamente semplici.

Riso. 2. Schemi per la commutazione dei poli di un motore a induzione.

Tali motori elettrici sono prodotti dall'ingegneria meccanica a velocità sincrone di 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 giri/min.

La coppia del motore a induzione può essere espressa dalla nota formula

dove Ig è la corrente nel circuito del rotore; F è il flusso magnetico del motore; ? 2 è l'angolo di fase tra i vettori correnti ed e. eccetera. v. rotore.

Riso. 3. Motore a gabbia di scoiattolo trifase a più velocità.

Considera questa formula in relazione al controllo della velocità di un motore a induzione.

La massima corrente permanente consentita nel rotore è determinata dal riscaldamento consentito ed è quindi approssimativamente costante. Se la regolazione della velocità viene eseguita con un flusso magnetico costante, a tutte le velocità del motore sarà costante anche la coppia massima consentita a lungo termine. Questo controllo della velocità è chiamato controllo della coppia costante.

La regolazione della velocità variando la resistenza nel circuito del rotore è una regolazione con una coppia massima consentita costante, poiché il flusso magnetico della macchina non cambia durante la regolazione.

La massima potenza utile ammissibile dell'albero motore ad una minore velocità di rotazione (e quindi un maggior numero di poli) è determinata dall'espressione

dove If1 — corrente di fase, massima consentita in base alle condizioni di riscaldamento; Uph1 — tensione di fase dello statore con un numero maggiore di poli.

La massima potenza utile consentita dell'albero motore a una maggiore velocità di rotazione (e un numero minore di poli) Uph2 — tensione di fase in questo caso.

Quando si passa da una connessione a triangolo a una stella, la tensione di fase diminuisce di un fattore 2.Pertanto, passando dal circuito a al circuito b (Fig. 2), otteniamo il rapporto di potenza

Prendendo duro

prendilo

In altre parole, la potenza a velocità più basse è 0,86 della potenza a velocità del rotore più elevate. Data la variazione relativamente piccola della potenza continua massima alle due velocità, tale regolazione viene convenzionalmente chiamata regolazione a potenza costante.

Se, quando si collegano le metà di ciascuna fase, si utilizza in sequenza una connessione a stella e quindi si passa a una connessione a stella parallela (Fig. 2, b), otteniamo

O

In questo caso, quindi, si ha un controllo costante dei giri di coppia. Nelle macchine utensili per la lavorazione dei metalli, gli azionamenti di movimento principali richiedono un controllo costante della velocità di potenza e gli azionamenti di avanzamento richiedono un controllo costante della velocità di coppia.

I calcoli sopra riportati del rapporto di potenza alla velocità massima e minima sono approssimativi. Ad esempio, non è stata presa in considerazione la possibilità di aumentare il carico alle alte velocità a causa del più intenso raffreddamento degli avvolgimenti; anche l'uguaglianza presunta è molto approssimativa, quindi per il motore 4A abbiamo

Di conseguenza, il rapporto di potenza di questo motore è P1 / P2 = 0,71. Più o meno gli stessi rapporti si applicano ad altri motori a due velocità.

I nuovi motori elettrici single-coil multivelocità, a seconda dello schema di commutazione, consentono il controllo della velocità con potenza costante e coppia costante.

L'esiguo numero di stadi di comando ottenibili con i motori asincroni a poli commutabili consente solitamente l'utilizzo di tali motori su macchine utensili solo con riduttori appositamente progettati.

Guarda anche: Vantaggi dell'utilizzo di motori a più velocità