Motores eléctricos de varias velocidades y su uso: propósito y características, determinación de la potencia a diferentes velocidades de rotación

Motores eléctricos de varias velocidades: los motores asíncronos con varias etapas de velocidad están diseñados para accionar mecanismos que requieren un control de velocidad continuo.

Los motores de varias velocidades son motores especialmente diseñados. Tienen un devanado de estator especial y un rotor enjaulado normal.

Dependiendo de la relación de polos, la complejidad de los circuitos y el año de producción de los motores eléctricos de varias velocidades, sus estatores se producen en cuatro versiones:

• bobinas independientes de una velocidad para dos, tres, incluso cuatro velocidades;

• con una o dos bobinas con conmutación de polos, en el primer caso de dos etapas y en el segundo, de cuatro etapas;

• con la presencia de tres velocidades de rotación del motor eléctrico, una bobina se conecta con un polo, de dos velocidades, y la segunda, de una sola velocidad, independiente, para cualquier número de polos;

• con una bobina con conmutación de polos para tres o cuatro velocidades.

Los motores de bobinado automático tienen una utilización deficiente y un llenado de ranuras debido a la presencia de una gran cantidad de cables y sellos, lo que reduce significativamente la potencia en los pasos de velocidad.
La presencia de dos devanados de polos conmutados en el estator, y especialmente uno para tres o cuatro velocidades de rotación, mejora el llenado de las ranuras y permite un uso más racional del núcleo del estator, por lo que la potencia del motor eléctrico aumenta

De acuerdo con la complejidad de los circuitos, los motores eléctricos de varias velocidades se dividen en dos partes: con una relación de polos igual a 2/1 y no igual a 2/1. El primero incluye motores eléctricos con una velocidad de 1500/3000 rpm o 2p = 4/2, 750/1500 rpm o 2p = 8/4, 500/1000 rpm o 2p = 12/6, etc., y al segundo — 1000/1500 rpm o 2p = 6/4, 750/1000 rpm o 2p = 8/6, 1000/3000 rpm o 2p = 6/2, 750/3000 rpm o 2p = 8/2, 600/3000 rpm o 2p = 10/2, 375/1500 rpm o 2p = 16/4, etc.

Dependiendo de la elección del circuito de devanados de polos conmutados, con diferente número de polos, el motor eléctrico puede ser de potencia constante o de par constante.

Para motores con devanado de polos conmutados y potencia constante, el número de vueltas en las fases en ambos números de polos será igual o cercano, lo que significa que sus corrientes y potencias serán iguales o cercanas. Sus pares serán diferentes, dependiendo del número de revoluciones.

En los motores eléctricos de par constante con menor número de polos, se conectan en paralelo grupos de devanados divididos en dos partes en cada fase en doble triángulo o doble estrella, por lo que el número de vueltas en una fase disminuye, y la sección transversal del cable, la corriente y la potencia se duplican.Al cambiar de polos grandes a menos en una disposición estrella/triángulo, el número de vueltas disminuye y la corriente y la potencia aumentan 1,73 veces. Esto significa que a mayor potencia y mayores revoluciones, así como a menor potencia y menores revoluciones, los pares serán los mismos.

La forma más sencilla de obtener dos números diferentes de pares de polos es disposición del estator de un motor de inducción con dos devanados independientes… La industria eléctrica produce este tipo de motores con velocidades de rotación síncrona de 1000/1500 rpm.

Sin embargo, hay una serie de esquemas de conmutación de cables de devanado de estator en los que el mismo devanado puede producir un número diferente de polos. Un interruptor simple y generalizado de este tipo se muestra en la fig. 1, a y b. Las bobinas del estator conectadas en serie forman dos pares de polos (Fig. 1, a). Las mismas bobinas conectadas en dos circuitos paralelos como se muestra en la fig. 1b, forme un par de polos.

La industria produce motores de devanado simple de varias velocidades con conmutación en serie-paralelo y con una relación de velocidad de 1: 2 con velocidades de rotación sincrónicas 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.

El método de conmutación descrito anteriormente no es el único. En la Fig. 1, c muestra un circuito que forma el mismo número de polos que el circuito que se muestra en la fig. 1, segundo

Sin embargo, el más común en la industria fue el primer método de conmutación en serie-paralelo, porque con un interruptor de este tipo, se pueden quitar menos cables del devanado del estator y, por lo tanto, el interruptor puede ser más simple.

Arroz. 1. El principio de cambiar los polos de un motor de inducción.

Los devanados trifásicos se pueden conectar a una red trifásica en estrella o triángulo. En la Fig. 2, a y b muestran una conmutación generalizada, en la que el motor eléctrico, para obtener una menor velocidad, se conecta en triángulo con una conexión en serie de bobinas, y para obtener una mayor velocidad, una estrella con una conexión en paralelo de las bobinas (t .aka doble estrella).

Junto con los de dos velocidades, la industria eléctrica también produce motores asíncronos de tres velocidades... En este caso, el estator del motor eléctrico tiene dos devanados separados, uno de los cuales proporciona dos velocidades a través de la conmutación descrita anteriormente. El segundo devanado, generalmente incluido en la estrella, proporciona la tercera velocidad.

Si el estator del motor eléctrico tiene dos devanados independientes, cada uno de los cuales permite la conmutación de polos, es posible obtener un motor eléctrico de cuatro etapas. En este caso, el número de polos se elige de modo que las velocidades de rotación formen la serie requerida. Un diagrama de dicho motor eléctrico se muestra en la fig. 2, c.

Cabe señalar que el campo magnético giratorio inducirá tres E en tres fases del devanado inactivo. d. s, del mismo tamaño y desfasado 120°. La suma geométrica de estas fuerzas electromotrices, como se conoce en ingeniería eléctrica, es cero. Sin embargo, debido a la fase sinusoidal imprecisa e. etc. c. corriente de red, la suma de estas d., etc. v. puede ser cero. En este caso, surge una corriente en una bobina cerrada que no funciona, que calienta esta bobina.

Para evitar este fenómeno, el circuito de conmutación de polos se realiza de tal manera que la bobina inactiva está abierta (Fig. 12, c).Debido al pequeño valor de la corriente superior en algunos motores eléctricos, a veces no se rompe el circuito cerrado del devanado inactivo.

Produjo motores de doble bobinado de tres velocidades con velocidades de rotación síncrona de 1000/1500/3000 y 750/1500/3000 rpm y motores de cuatro velocidades con 500/750/1000/1500 rpm. Los motores de dos velocidades tienen terminales de seis, tres velocidades nueve y cuatro velocidades 12 al interruptor de polo.

Cabe señalar que existen circuitos para motores de dos velocidades, que con un devanado permiten obtener velocidades de rotación cuya relación no es igual a 1: 2. Dichos motores eléctricos proporcionan velocidades de rotación síncronas de 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 rpm

Se pueden obtener tres y cuatro números diferentes de pares de polos utilizando esquemas especiales para un solo devanado. Tales motores eléctricos de varias velocidades con un solo devanado son significativamente más pequeños que los motores de doble devanado con los mismos parámetros, lo cual es muy importante para la ingeniería mecánica. .

Además, los motores eléctricos de devanado único tienen un rendimiento ligeramente mayor. indicadores de energía y producción menos intensiva en mano de obra. La desventaja de los motores de varias velocidades con un solo devanado es la presencia de una mayor cantidad de cables introducidos en el interruptor.

Sin embargo, la complejidad del interruptor no está determinada tanto por el número de cables que se conectan como por el número de interruptores simultáneos. En este sentido, se han desarrollado esquemas que permiten, en presencia de una bobina, obtener tres y cuatro velocidades con interruptores relativamente simples.

Arroz. 2. Esquemas para cambiar los polos de un motor de inducción.

Dichos motores eléctricos son producidos por ingeniería mecánica a velocidades síncronas de 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 rpm.

El par del motor de inducción se puede expresar mediante la conocida fórmula

donde Ig es la corriente en el circuito del rotor; F es el flujo magnético del motor; ? 2 es el ángulo de fase entre los vectores de corriente y e. etc. v rotor

Arroz. 3. Motor trifásico de jaula de ardilla de varias velocidades.

Considere esta fórmula en relación con el control de velocidad de un motor de inducción.

La corriente continua más alta permitida en el rotor está determinada por el calentamiento permitido y, por lo tanto, es aproximadamente constante. Si la regulación de la velocidad se realiza con un flujo magnético constante, el par máximo admisible a largo plazo también será constante para todas las velocidades del motor. Este control de velocidad se denomina control de par constante.

La regulación de la velocidad mediante la variación de la resistencia en el circuito del rotor es una regulación con un par máximo admisible constante, ya que el flujo magnético de la máquina no cambia durante la regulación.

La potencia útil máxima admisible del eje del motor a menor velocidad de giro (y por tanto mayor número de polos) viene determinada por la expresión

donde If1 — corriente de fase, máxima admisible según las condiciones de calefacción; Uph1 — tensión de fase del estator con un mayor número de polos.

La potencia útil máxima permitida del eje del motor a una velocidad de rotación más alta (y un número menor de polos) Uph2 — tensión de fase en este caso.

Al cambiar de una conexión delta a una estrella, el voltaje de fase disminuye en un factor de 2.Por lo tanto, al pasar del circuito a al circuito b (Fig. 2), obtenemos la relación de potencia

tomando duro

tómalo

En otras palabras, la potencia a menor velocidad es 0,86 de la potencia a mayor velocidad del rotor. Dado el cambio relativamente pequeño en la potencia continua máxima a las dos velocidades, dicha regulación se denomina convencionalmente regulación de potencia constante.

Si, al conectar las mitades de cada fase, usa secuencialmente una conexión en estrella y luego cambia a una conexión en estrella paralela (Fig. 2, b), entonces obtenemos

O

Así, en este caso, existe un control constante de las revoluciones del par. En las máquinas herramienta para trabajar metales, los accionamientos de movimiento principal requieren un control de velocidad de potencia constante y los accionamientos de avance requieren un control de velocidad de par constante.

Los cálculos anteriores de la relación de potencia a la velocidad más alta y más baja son aproximados. Por ejemplo, no se tuvo en cuenta la posibilidad de aumentar la carga a altas velocidades debido al enfriamiento más intenso de los devanados; la igualdad supuesta también es muy aproximada, por lo tanto, para el motor 4A tenemos

Como resultado, la relación de potencia de este motor es P1 / P2 = 0,71. Aproximadamente las mismas proporciones se aplican a otros motores de dos velocidades.

Los nuevos motores eléctricos de bobina simple de varias velocidades, según el esquema de conmutación, permiten el control de velocidad con potencia constante y par constante.

El pequeño número de etapas de control que se puede obtener con los motores de inducción de polos cambiantes generalmente permite que dichos motores se usen en máquinas herramienta solo con cajas de engranajes especialmente diseñadas.

Ver también: Ventajas de utilizar motores de varias velocidades