Mehrstufige Elektromotoren und ihre Verwendung – Zweck und Eigenschaften, Bestimmung der Leistung bei verschiedenen Drehzahlen

Elektromotoren mit mehreren Drehzahlen – Asynchronmotoren mit mehreren Drehzahlstufen – sind für den Antrieb von Mechanismen konzipiert, die eine stufenlose Drehzahlregelung erfordern.

Multi-Speed-Motoren sind speziell entwickelte Motoren. Sie verfügen über eine spezielle Statorwicklung und einen normalen Käfigläufer.

Abhängig vom Polverhältnis, der Komplexität der Schaltungen und dem Produktionsjahr mehrstufiger Elektromotoren werden deren Statoren in vier Ausführungen hergestellt:

• unabhängige Spulen mit einer Geschwindigkeit für zwei, drei oder sogar vier Geschwindigkeiten;

• mit einer oder zwei Spulen mit Polumschaltung, im ersten Fall zweistufig und im zweiten Fall vierstufig;

• bei Vorhandensein von drei Drehzahlen des Elektromotors wird eine Spule mit einem Pol geschaltet – mit zwei Drehzahlen, und die zweite – mit einer Drehzahl, unabhängig – für eine beliebige Anzahl von Polen;

• mit einer Spule mit Polumschaltung für drei oder vier Geschwindigkeiten.

Automatikmotoren weisen aufgrund der großen Anzahl von Drähten und Dichtungen eine schlechte Ausnutzung und Nutfüllung auf, was die Leistung in den Geschwindigkeitsstufen erheblich reduziert.
Das Vorhandensein von zwei polgeschalteten Wicklungen im Stator, insbesondere einer für drei oder vier Drehzahlen, verbessert die Füllung der Nuten und ermöglicht eine rationellere Nutzung des Statorkerns, wodurch die Leistung des Elektromotors erhöht wird erhöht sich.

Entsprechend der Komplexität der Schaltungen werden mehrtourige Elektromotoren in zwei Teile unterteilt: mit einem Polverhältnis von 2/1 und einem Polverhältnis ungleich 2/1. Die erste umfasst Elektromotoren mit einer Drehzahl von 1500/3000 U/min oder 2p = 4/2, 750/1500 U/min oder 2p = 8/4, 500/1000 U/min oder 2p = 12/6 usw. und die zweite – 1000/1500 U/min oder 2p = 6/4, 750/1000 U/min oder 2p = 8/6, 1000/3000 U/min oder 2p = 6/2, 750/3000 U/min oder 2p = 8/2, 600/3000 U/min oder 2p = 10/2, 375/1500 U/min oder 2p = 16/4 usw.

Je nach Wahl der Beschaltung der Polumschaltung der Wicklungen mit unterschiedlicher Polzahl kann der Elektromotor entweder leistungskonstant oder drehmomentkonstant sein.

Bei Motoren mit polgeschalteter Wicklung und konstanter Leistung ist die Anzahl der Phasenwindungen beider Polzahlen gleich oder nahe beieinander, was bedeutet, dass ihre Ströme und Leistungen gleich oder nahe beieinander sind. Ihre Drehmomente sind je nach Drehzahl unterschiedlich.

Bei Elektromotoren mit konstantem Drehmoment und geringerer Polzahl werden in jeder Phase in zwei Teile geteilte Wicklungsgruppen in einem Doppeldreieck oder Doppelstern parallel geschaltet, wodurch die Windungszahl einer Phase abnimmt, und Der Querschnitt des Drahtes, Strom und Leistung werden verdoppelt.Beim Umschalten von großen auf weniger Pole in einer Stern-Dreieck-Anordnung verringert sich die Windungszahl und Strom und Leistung erhöhen sich um das 1,73-fache. Dies bedeutet, dass bei höherer Leistung und höherer Drehzahl sowie bei geringerer Leistung und geringerer Drehzahl die Drehmomente gleich sind.

Der einfachste Weg, zwei unterschiedliche Anzahlen von Polpaaren zu erhalten, ist Anordnung des Stators eines Induktionsmotors mit zwei unabhängigen Wicklungen… Die Elektroindustrie produziert solche Motoren mit synchronen Drehzahlen von 1000/1500 U/min.

Es gibt jedoch eine Reihe von Schaltschemata für Statorwicklungsdrähte, bei denen dieselbe Wicklung eine unterschiedliche Anzahl von Polen erzeugen kann. Ein einfacher und weit verbreiteter Schalter dieser Art ist in Abb. 1 dargestellt. 1, a und b. In Reihe geschaltete Statorspulen bilden zwei Polpaare (Abb. 1, a). Die gleichen Spulen sind in zwei Parallelschaltungen geschaltet, wie in Abb. 1b, bilden ein Polpaar.

Die Industrie produziert mehrtourige Einwicklungsmotoren mit Reihenparallelschaltung und einem Drehzahlverhältnis von 1:2 mit synchronen Drehzahlen 500/1000, 750/1500, 1500/3000 U/min.

Die oben beschriebene Umschaltmethode ist nicht die einzige. In Abb. 1, c zeigt eine Schaltung, die die gleiche Anzahl von Polen aufweist wie die in Abb. 1 gezeigte Schaltung. 1, geb.

Am gebräuchlichsten in der Branche war jedoch die erste Methode der Serien-Parallel-Schaltung, da bei einem solchen Schalter weniger Drähte aus der Statorwicklung entfernt werden können und der Schalter daher einfacher sein kann.

Reis. 1. Das Prinzip des Polwechsels eines Induktionsmotors.

Dreiphasenwicklungen können in Stern oder Dreieck an ein Drehstromnetz angeschlossen werden. In Abb. In Abb. 2, a und b zeigen eine weit verbreitete Schaltung, bei der der Elektromotor zur Erzielung einer niedrigeren Drehzahl mit einem Dreieck mit Reihenschaltung von Spulen und zur Erzielung einer höheren Drehzahl mit einem Stern mit Parallelschaltung verbunden ist die Spulen (auch bekannt als Doppelstern).

Neben dem Zweigangmotor produziert die Elektroindustrie auch Dreigang-Asynchronmotoren... In diesem Fall verfügt der Stator des Elektromotors über zwei separate Wicklungen, von denen eine durch die oben beschriebene Umschaltung zwei Geschwindigkeiten bereitstellt. Die zweite Wicklung, die normalerweise im Stern enthalten ist, sorgt für die dritte Geschwindigkeit.

Verfügt der Stator des Elektromotors über zwei unabhängige Wicklungen, die jeweils eine Polumschaltung ermöglichen, ist es möglich, einen vierstufigen Elektromotor zu erhalten. In diesem Fall wird die Anzahl der Pole so gewählt, dass die Drehzahlen die erforderliche Reihe ergeben. Ein Diagramm eines solchen Elektromotors ist in Abb. 1 dargestellt. 2, c.

Es ist zu beachten, dass das rotierende Magnetfeld drei E in drei Phasen der Leerlaufwicklung induziert. D. s, gleich groß und um 120° phasenverschoben. Die geometrische Summe dieser elektromotorischen Kräfte ist, wie aus der Elektrotechnik bekannt, Null. Aufgrund der ungenauen Sinusphase z. usw. c. Netzstrom, die Summe dieser d. usw. v. kann Null sein. In diesem Fall entsteht in einer geschlossenen, nicht arbeitenden Spule ein Strom, der diese Spule erwärmt.

Um dieses Phänomen zu verhindern, ist der Polumschaltkreis so ausgeführt, dass die Leerlaufspule offen ist (Abb. 12, c).Aufgrund des geringen Werts des Oberstroms bei einigen Elektromotoren erfolgt manchmal keine Unterbrechung im geschlossenen Regelkreis der Leerlaufwicklung.

Produziert werden Dreigang-Doppelwicklungsmotoren mit synchronen Drehzahlen von 1000/1500/3000 und 750/1500/3000 U/min sowie Viergangmotoren mit 500/750/1000/1500 U/min. Zweigangmotoren verfügen über sechs, Dreigangmotoren über neun und Viergangmotoren über zwölf Anschlüsse zum Polschalter.

Es ist zu beachten, dass es Schaltungen für Motoren mit zwei Drehzahlen gibt, die es mit einer Wicklung ermöglichen, Drehzahlen zu erreichen, deren Verhältnis nicht gleich 1:2 ist. Solche Elektromotoren bieten synchrone Drehzahlen von 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 U/min

Durch die Verwendung spezieller Schemata für eine einzelne Wicklung können drei und vier verschiedene Polpaarzahlen erreicht werden. Solche mehrtourigen Elektromotoren mit einer einzigen Wicklung sind deutlich kleiner als Motoren mit zwei Wicklungen und gleichen Parametern, was für den Maschinenbau sehr wichtig ist .

Darüber hinaus weisen Einwicklungs-Elektromotoren etwas höhere Werte auf Energieindikatoren und weniger arbeitsintensive Produktion. Der Nachteil von Motoren mit mehreren Drehzahlen und einer einzigen Wicklung ist das Vorhandensein einer größeren Anzahl von Drähten, die in den Schalter eingeführt werden.

Die Komplexität des Schalters wird jedoch weniger durch die Anzahl der herausgeführten Drähte als vielmehr durch die Anzahl der gleichzeitigen Schalter bestimmt. In diesem Zusammenhang wurden Schemata entwickelt, die es ermöglichen, bei Vorhandensein einer Spule drei und vier Geschwindigkeiten mit relativ einfachen Schaltern zu erreichen.

Reis. 2. Schemata zum Umschalten der Pole eines Induktionsmotors.

Solche Elektromotoren werden im Maschinenbau mit Synchrondrehzahlen von 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 U/min hergestellt.

Das Drehmoment des Induktionsmotors kann durch die bekannte Formel ausgedrückt werden

wobei Ig der Strom im Rotorkreis ist; F ist der magnetische Fluss des Motors; ? 2 ist der Phasenwinkel zwischen den Stromvektoren und e. usw. V. Rotor.

Reis. 3. Dreiphasiger Käfigläufermotor mit mehreren Drehzahlen.

Betrachten Sie diese Formel in Bezug auf die Drehzahlregelung eines Induktionsmotors.

Der höchstzulässige Dauerstrom im Rotor wird durch die zulässige Erwärmung bestimmt und ist daher annähernd konstant. Erfolgt die Drehzahlregelung mit konstantem magnetischen Fluss, so ist bei allen Motordrehzahlen auch das maximal zulässige Dauerdrehmoment konstant. Diese Drehzahlregelung wird Konstantmomentregelung genannt.

Bei der Drehzahlregelung durch Variation des Widerstands im Rotorkreis handelt es sich um eine Regelung mit konstantem maximal zulässigen Drehmoment, da sich der magnetische Fluss der Maschine während der Regelung nicht ändert.

Durch den Ausdruck wird die maximal zulässige Nutzleistung der Motorwelle bei geringerer Drehzahl (und damit größerer Polzahl) bestimmt

wobei If1 – Phasenstrom, maximal zulässig entsprechend den Heizbedingungen; Uph1 – Phasenspannung des Stators mit einer größeren Polzahl.

Die maximal zulässige Nutzleistung der Motorwelle bei höherer Drehzahl (und kleinerer Polzahl) Uph2 – in diesem Fall Phasenspannung.

Beim Wechsel von einer Dreieckschaltung auf eine Sternschaltung verringert sich die Phasenspannung um den Faktor 2.Wenn wir also von Stromkreis a zu Stromkreis b wechseln (Abb. 2), erhalten wir das Leistungsverhältnis

Hart nehmen

Nimm es

Mit anderen Worten: Die Leistung bei niedriger Drehzahl beträgt 0,86 der Leistung bei höherer Rotordrehzahl. Aufgrund der relativ geringen Änderung der maximalen Dauerleistung bei den beiden Geschwindigkeiten wird eine solche Regelung üblicherweise als Konstantleistungsregelung bezeichnet.

Wenn Sie beim Verbinden der Hälften jeder Phase nacheinander eine Sternschaltung verwenden und dann auf eine parallele Sternschaltung umschalten (Abb. 2, b), erhalten wir

Oder

Somit erfolgt in diesem Fall eine ständige Kontrolle der Drehmomentumdrehungen. In Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung erfordern die Hauptbewegungsantriebe eine Drehzahlregelung mit konstanter Leistung und die Vorschubantriebe erfordern eine Drehzahlregelung mit konstantem Drehmoment.

Die obigen Berechnungen des Leistungsverhältnisses bei höchster und niedrigster Geschwindigkeit sind Näherungswerte. Beispielsweise wurde die Möglichkeit einer Belastungserhöhung bei hohen Drehzahlen aufgrund der stärkeren Kühlung der Wicklungen nicht berücksichtigt; Die angenommene Gleichheit ist ebenfalls sehr ungefähr. Für den 4A-Motor haben wir also

Daraus ergibt sich, dass das Leistungsverhältnis dieses Motors P1/P2 = 0,71 beträgt. Für andere Zweigangmotoren gelten in etwa die gleichen Übersetzungsverhältnisse.

Neue mehrstufige Single-Coil-Elektromotoren ermöglichen je nach Schaltschema eine Drehzahlregelung mit konstanter Leistung und konstantem Drehmoment.

Aufgrund der geringen Anzahl an Steuerstufen, die mit polumschaltbaren Asynchronmotoren erzielt werden können, ist der Einsatz solcher Motoren an Werkzeugmaschinen in der Regel nur mit speziell ausgelegten Getrieben möglich.

Siehe auch: Vorteile der Verwendung von Motoren mit mehreren Drehzahlen