Động cơ điện nhiều tốc độ và công dụng của chúng - mục đích và đặc điểm, xác định công suất ở các tốc độ quay khác nhau
Động cơ điện nhiều tốc độ — động cơ không đồng bộ có nhiều cấp tốc độ, được thiết kế để truyền động các cơ chế yêu cầu điều khiển tốc độ vô cấp.
Động cơ nhiều tốc độ là động cơ được thiết kế đặc biệt. Chúng có một cuộn dây stato đặc biệt và một rôto lồng bình thường.
Tùy thuộc vào tỷ lệ cực, độ phức tạp của mạch và năm sản xuất động cơ điện nhiều tốc độ, stato của chúng được sản xuất thành bốn phiên bản:
-
cuộn dây một tốc độ độc lập cho hai, ba, thậm chí bốn tốc độ;
-
với một hoặc hai cuộn dây có công tắc cực, trong trường hợp đầu tiên là hai giai đoạn và trong trường hợp thứ hai - bốn giai đoạn;
-
với sự hiện diện của ba tốc độ quay của động cơ điện, một cuộn dây được chuyển sang một cực - hai tốc độ và cuộn thứ hai - một tốc độ, độc lập - cho bất kỳ số lượng cực nào;
-
với một cuộn dây có công tắc cực cho ba hoặc bốn tốc độ.
Động cơ tự quấn có khả năng sử dụng kém và khả năng lấp đầy khe do có nhiều dây và vòng đệm, làm giảm đáng kể công suất ở các bước tốc độ.
Sự hiện diện của hai cuộn dây chuyển mạch cực trong stato, và đặc biệt là một cuộn dây có ba hoặc bốn tốc độ quay, giúp cải thiện khả năng lấp đầy các rãnh và cho phép sử dụng lõi stato hợp lý hơn, nhờ đó công suất của động cơ điện tăng.
Theo độ phức tạp của mạch điện, động cơ điện nhiều tốc độ được chia thành hai phần: có tỷ lệ cực bằng 2/1 và — không bằng 2/1. Đầu tiên bao gồm các động cơ điện có tốc độ 1500/3000 vòng / phút hoặc 2p = 4/2, 750/1500 vòng / phút hoặc 2p = 8/4, 500/1000 vòng / phút hoặc 2p = 12/6, v.v., và thứ hai — 1000 /1500 vòng/phút hoặc 2p = 6/4, 750/1000 vòng/phút hoặc 2p = 8/6, 1000/3000 vòng/phút hoặc 2p = 6/2, 750/3000 vòng/phút hoặc 2p = 8/2, 600/3000 vòng/phút hoặc 2p = 10/2, 375/1500 vòng/phút hoặc 2p = 16/4, v.v.
Tùy thuộc vào sự lựa chọn mạch của cuộn dây đổi cực, với số cực khác nhau, động cơ điện có thể là công suất không đổi hoặc mô-men xoắn không đổi.
Đối với động cơ có cuộn dây chuyển đổi cực và công suất không đổi, số vòng dây trong các pha ở cả hai số cực sẽ bằng nhau hoặc gần nhau, nghĩa là dòng điện và công suất của chúng sẽ bằng nhau hoặc gần nhau. Mô-men xoắn của chúng sẽ khác nhau, tùy thuộc vào số vòng quay.
Trong các động cơ điện có mô-men xoắn không đổi có số cực nhỏ hơn, các nhóm cuộn dây được chia thành hai phần trong mỗi pha được nối song song theo kiểu tam giác đôi hoặc sao kép, do đó số vòng dây trong một pha giảm và tiết diện của dây dẫn, cường độ dòng điện và công suất đều tăng gấp đôi.Khi chuyển đổi từ cực lớn sang ít cực hơn trong cách sắp xếp sao / tam giác, số vòng quay sẽ giảm, dòng điện và công suất sẽ tăng 1,73 lần. Điều này có nghĩa là ở công suất cao hơn và số vòng quay cao hơn, cũng như ở công suất thấp hơn và số vòng quay thấp hơn, các mô-men xoắn sẽ như nhau.
Cách đơn giản nhất để có được hai số cặp cực khác nhau là bố trí stato của động cơ cảm ứng có hai cuộn dây độc lập… Ngành điện sản xuất những động cơ như vậy với tốc độ quay đồng bộ 1000/1500 vòng / phút.
Tuy nhiên, có một số sơ đồ chuyển mạch dây quấn stato trong đó cùng một cuộn dây có thể tạo ra số cực khác nhau. Một công tắc đơn giản và phổ biến của loại này được hiển thị trong hình. 1, a và b. Các cuộn dây stato mắc nối tiếp tạo thành hai cặp cực (Hình 1, a). Các cuộn dây giống nhau mắc thành hai đoạn mạch song song như hình vẽ. 1b, tạo thành một cặp cực.
Ngành công nghiệp sản xuất động cơ một cuộn dây nhiều tốc độ với chuyển mạch song song nối tiếp và có tỷ lệ tốc độ 1: 2 với tốc độ quay đồng bộ 500/1000, 750/1500, 1500/3000 vòng / phút.
Phương pháp chuyển đổi được mô tả ở trên không phải là phương pháp duy nhất. Trong bộ lễ phục. 1, c cho thấy một mạch có cùng số cực như mạch được minh họa trong hình. 1, b.
Tuy nhiên, phổ biến nhất trong ngành là phương pháp chuyển mạch nối tiếp song song đầu tiên, bởi vì với một công tắc như vậy, có thể loại bỏ ít dây hơn khỏi cuộn dây stato và do đó việc chuyển mạch có thể đơn giản hơn.
Cơm. 1. Nguyên tắc đổi cực của động cơ không đồng bộ.
Cuộn dây ba pha có thể được kết nối với mạng ba pha theo hình sao hoặc hình tam giác. Trong bộ lễ phục. 2, a và b cho thấy một chuyển mạch phổ biến, trong đó động cơ điện, để đạt được tốc độ thấp hơn, được kết nối với một tam giác với một loạt các cuộn dây và để có được tốc độ cao hơn, một ngôi sao với kết nối song song của các cuộn dây (t .aka sao đôi).
Cùng với hai tốc độ, ngành điện còn sản xuất động cơ không đồng bộ ba tốc độ... Trong trường hợp này, stato của động cơ điện có hai cuộn dây riêng biệt, một trong số đó cung cấp hai tốc độ thông qua chuyển mạch được mô tả ở trên. Cuộn dây thứ hai, thường được bao gồm trong ngôi sao, cung cấp tốc độ thứ ba.
Nếu stato của động cơ điện có hai cuộn dây độc lập, mỗi cuộn dây cho phép chuyển đổi cực, thì có thể thu được động cơ điện bốn cấp. Trong trường hợp này, số lượng cực được chọn sao cho tốc độ quay tạo thành chuỗi yêu cầu. Sơ đồ của một động cơ điện như vậy được hiển thị trong hình. 2, c.
Cần lưu ý rằng từ trường quay sẽ tạo ra ba E trong ba pha của cuộn dây chạy không tải. đ. s, cùng kích thước và lệch pha 120°. Tổng hình học của các lực điện động này, được biết đến từ kỹ thuật điện, bằng không. Tuy nhiên, do pha hình sin không chính xác e. vân vân. c.dòng điện chính, tổng của các d., v.v. v. có thể bằng không. Trong trường hợp này, một dòng điện phát sinh trong một cuộn dây kín không hoạt động, làm nóng cuộn dây này.
Để ngăn chặn hiện tượng này, mạch chuyển mạch cực được thực hiện sao cho cuộn dây không tải được mở (Hình 12, c).Do giá trị nhỏ của dòng điện trên trong một số động cơ điện, đôi khi không tạo ra ngắt trong vòng kín của cuộn dây không tải.
Đã sản xuất động cơ dây quấn kép ba tốc độ có tốc độ quay đồng bộ 1000/1500/3000 và 750/1500/3000 vòng/phút và động cơ bốn tốc độ 500/750/1000/1500 vòng/phút. Động cơ hai tốc độ có sáu, ba tốc độ chín và bốn tốc độ 12 đầu nối với công tắc cực.
Cần lưu ý rằng có các mạch dành cho động cơ hai tốc độ, với một cuộn dây có thể đạt được tốc độ quay có tỷ lệ không bằng 1: 2. Những động cơ điện như vậy cung cấp tốc độ quay đồng bộ 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 vòng/phút
Có thể thu được ba và bốn số cặp cực khác nhau bằng cách sử dụng các sơ đồ đặc biệt cho một cuộn dây.Những động cơ điện nhiều tốc độ như vậy với một cuộn dây nhỏ hơn đáng kể so với động cơ hai cuộn dây có cùng thông số, điều này rất quan trọng đối với kỹ thuật cơ khí .
Ngoài ra, động cơ điện cuộn dây đơn có cao hơn một chút chỉ số năng lượng và sản xuất ít thâm dụng lao động hơn. Nhược điểm của động cơ nhiều tốc độ với một cuộn dây là có nhiều dây hơn được đưa vào công tắc.
Tuy nhiên, độ phức tạp của công tắc được xác định không nhiều bởi số lượng dây được đưa ra bằng số lượng công tắc đồng thời. Về vấn đề này, các sơ đồ đã được phát triển cho phép, với sự có mặt của một cuộn dây, có được ba và bốn tốc độ với các công tắc tương đối đơn giản.
Cơm. 2. Sơ đồ chuyển đổi các cực của động cơ không đồng bộ.
Những động cơ điện như vậy được sản xuất bằng kỹ thuật cơ khí ở tốc độ đồng bộ 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 vòng / phút.
Mô-men xoắn của động cơ cảm ứng có thể được biểu thị bằng công thức nổi tiếng
trong đó Ig là dòng điện trong mạch rôto; F là từ thông của động cơ; ? 2 là góc pha giữa các vectơ dòng điện và e. vân vân. v. rôto.
Cơm. 3. Động cơ lồng sóc nhiều tốc độ ba pha.
Xem xét công thức này liên quan đến điều khiển tốc độ của động cơ cảm ứng.
Dòng điện liên tục cho phép cao nhất trong rôto được xác định bởi sự gia nhiệt cho phép và do đó gần như không đổi. Nếu việc điều chỉnh tốc độ được thực hiện với từ thông không đổi, thì ở tất cả các tốc độ của động cơ, mômen xoắn tối đa cho phép trong thời gian dài cũng sẽ không đổi. Điều khiển tốc độ này được gọi là điều khiển mô-men xoắn không đổi.
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở trong mạch rôto là điều chỉnh với mômen xoắn cực đại cho phép không đổi, vì từ thông của máy không thay đổi trong quá trình điều chỉnh.
Công suất hữu ích tối đa cho phép của trục động cơ ở tốc độ quay thấp hơn (và do đó số lượng cực lớn hơn) được xác định bằng biểu thức
trong đó If1 - dòng điện pha, tối đa cho phép theo điều kiện gia nhiệt; Uph1 — điện áp pha của stato có số cực lớn hơn.
Công suất hữu ích tối đa cho phép của trục động cơ ở tốc độ quay cao hơn (và số cực ít hơn) Uph2 — điện áp pha trong trường hợp này.
Khi chuyển từ kết nối tam giác sang sao, điện áp pha giảm theo hệ số 2.Như vậy khi chuyển từ mạch a sang mạch b (hình 2) ta được tỉ số công suất
lấy thô
lấy nó
Nói cách khác, công suất ở tốc độ thấp hơn là 0,86 công suất ở tốc độ cánh quạt cao hơn. Với sự thay đổi tương đối nhỏ về công suất liên tục tối đa ở hai tốc độ, quy định như vậy thường được gọi là quy định công suất không đổi.
Nếu khi kết nối các nửa của mỗi pha, bạn tuần tự sử dụng kết nối hình sao, sau đó chuyển sang kết nối hình sao song song (Hình 2, b), thì chúng ta sẽ nhận được
Hoặc
Do đó, trong trường hợp này, có một sự kiểm soát liên tục của các vòng quay mô-men xoắn. Trong các máy công cụ gia công kim loại, các truyền động chuyển động chính yêu cầu điều khiển tốc độ công suất không đổi và các truyền động nạp yêu cầu điều khiển tốc độ mô-men xoắn không đổi.
Các tính toán ở trên về tỷ lệ công suất ở tốc độ cao nhất và thấp nhất là gần đúng. Ví dụ, khả năng tăng tải ở tốc độ cao do cuộn dây làm mát mạnh hơn đã không được tính đến; đẳng thức giả định cũng rất gần đúng.Vì vậy, đối với động cơ 4A, chúng ta có
Kết quả là tỷ số công suất của động cơ này là P1/P2 = 0,71. Gần như các tỷ lệ tương tự áp dụng cho các động cơ hai tốc độ khác.
Động cơ điện một cuộn dây đa tốc độ mới, tùy thuộc vào sơ đồ chuyển mạch, cho phép điều khiển tốc độ với công suất không đổi và mô-men xoắn không đổi.
Số lượng nhỏ các giai đoạn điều khiển có thể đạt được với động cơ cảm ứng thay đổi cực thường cho phép những động cơ như vậy chỉ được sử dụng trên máy công cụ với hộp số được thiết kế đặc biệt.