Регулирование скорости изменением числа пар полюсов

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов

Регулирование скорости изменением числа пар полюсов р ис­пользуется обычно, для .двигателей с короткозамкнутым ротором, так как при этом требуется изменять р только для обмотки статора. Изменять р можно двумя способами:

1) применением на статоре нес­кольких обмоток, которые уложены в общих пазах и имеют разные числа пар полюсов р;

2) применением обмотки специального типа, которая позволяет получить различные значения р путем изменения (переключения) схемы соединений обмотки.

Предложено значитель­ное количество различных схем обмоток с переключением числа пар полюсов, однако широкое распространение из них получили только некоторые. Применение нескольких обмоток

невыгодно, так как при этом из-за ограниченного места с пазах сечение проводников каждой из обмоток нужно уменьшать, что приводит к снижению мощности двигателя. Использование обмоток с переключением числа пар полюсов вызывает усложнение коммутационной аппаратуры, в особенности, если с помощью одной обмотки желают получить более двух скоростей вращения. Несколько ухудшаются также энергетические показатели двигателей.

Двигатели с изменением числа пар полюсов называются многоскоростными. Обычно они выпускаются на 2, 3 или 4 ско­рости вращения, причем двухскоростные двигатели изготовляются с одной обмоткой на статоре и с переключением числа пар полюсов в отношении р₂ : р₁= 2 : 1, трехскоростные двигатели — с двумя об­мотками на статоре, из которых одна выполняется с переключением р₂ : р₁= 2 : 1, четырехскоростные двигатели — с двумя обмотками на статоре, каждая из которых выполняется с переключением числа пар полюсов в отношении 2:1. Например, двигатель на f₁ = 50 гц с синхронными скоростями вращения 1500/1000/750/500 об/мин имеет одну обмотку с переключением на 2р = 4 и 8 и другую об­мотку с переключением на 2р = 6 и 12.

Многоскоростные двигатели применяются в металлорежущих и деревообрабатывающих станках, в грузовых и пассажирских лифтах, для приводов вентиляторов и насосов п в ряде других случаев.

Каждая фаза обмотки с переключением числа пар полюсов в отношении 2 : 1 состоит из двух частей, или половинок, с одинаковым количеством катушечных групп в каждой части.

Рекомендуемые материалы

Когда обе части обмотки обтекаются токами одинакового направле­ния, обмотка создает магнитное поле с большим числом полюсов (рис.а, 2р = 4), а при изменении направления тока в одной части обмотки на обратное число полюсов уменьшается вдвое (рис. б и в, 2р = 2). Подобные переключения производятся во всех фазах одновременно, и переключаемые части обмотки могут соединяться   последовательно (рис. а и б) или парал­лельно (рис. в).

Ширина фазной зоны, зани­маемой сторонами катушек ка­тушечной группы, и величина шага обмотки в зубцовых деле­ниях одинаковы при обоих числах полюсов. Поскольку, однако, при переключении числа пар полюсов в отношении 2 : 1 полюсное деление изменяется в два раза, то величина фазной зоны в электрических градусах и относительный шаг обмотки при этом также изменяются в два раза.

Переключаемую обмотку вы­полняют так, что при меньшем числе пар полюсов (p₁) фазная зона  = 60° эл. Тогда при удвоенном числе пар полюсов () ширина этой зоны  = 120° эл

Нормальные одной фазы обмотки с переключением чередования фазных зон при одинаковом направлении вращения  магнитного поля для обеих ско­ростей вращения должны быть такими, как показано на рис.2

Рис 1.

Рис 2.

Из рисунка видно, что, кроме изменения направлений токов в зонах X, Y, Z (рис. 2, а) на обратные (т. е. обращение их в зоны А, В, С), для сохранения направления вращения поля, а следовательно, и ротора при пере­ключении числа пар полюсов (рис.2, б) необходимо также пе­реключить концы двух фаз обмотки (например, фазы В и С).

Обмотка выполняется так, что ее шаг равен полному (180° эл.) при большем числе полюсов (2p₂), так как кривая н. с. обмотки с зоной и =120° наиболее близка к синусоидальной при полном шаге. Тогда при меньшем числе полюсов относительный шаг

Из сказанного следует, что обмотка с переключением числа по­люсов создает н. с. с большей величиной высших гармоник поля, чем нормальная трехфазная обмотка с  = 60° и . Это при­водит к некоторому ухудшению энергетических показателей двига­телей с переключением числа полюсов по сравнению с нормальными.

        На рис. 3   пред­ставлена   наиболее   часто употребляемая схема обмо­ток с переключением числа пар полюсов в отношении р₂ : p₁ = 2 : 1.

Определим мощности и моменты, разви­ваемые двигателями с такими схемами обмоток при неиз­менном линейном напряже­нии сети U_л1 и наибольшем допустимом (номинальном) токе в по­луфазе обмотки  Пренебрегая разницей в условиях охлажде­ния при изменении скорости вращения, можно принять, что ве­личина одинакова при обеих скоростях вращения. Приближенно можно считать, что коэффициенты мощности и к. п. д. при одинако­вых значениях  для обеих скоростей вращения также одинаковы. При указанных условиях мощности на валу для схем рис. 3, а и б соответственно равны:

Рис. 3.

Вид механических характеристик двигателей со схе­мой обмоток рис. 3 изображен на рис.4

Рис 4.

При переключении много­   скоростной обмотки магнитные индукции на отдельных участках магнитной цепи в общем случае изменяются, что необходимо иметь в виду при проектирова­нии двигателя, чтобы, с одной стороны, добиться по возможности более полного использования материалов двигателя, а с другой, не допустить чрезмерного насыщения магнитной цепи.

Вес и стоимость многоскоростных двигателей несколько больше, чем у нормальных асинхронных двигателей такой же мощности. Тем не менее это лучший и» наиболее широко применяемый способ регулирования скорости короткозамкнутых двигателей.

Регулирование скорости уменьшением величины первичного напряжения.

При уменьшении U₁ момент двигателя изменяется пропорционально  и соответственно изменяются механические характеристики (рис. 1),

Рис 1.

в результате чего изменяются также значения рабочих скольжении s₁,s₂,s₃... при данном виде зависимости - Очевидно, что регулирование s в этом случае воз­можно в пределах 0 < s < s_m. Для получения достаточно большого диапазона регулирования скорости необходимо, чтобы активное сопротивление цепи ротора и соответственно s_м, были достаточно велики (рис. 1, б).

Вместе с этой лекцией читают "20 Профилактика гипотермии".

        Следует учитывать, что во вторичной цепи возникают потери, равные мощности скольжения P₂ и вызывающие повышенный на­грев ротора.

Этот метод регулирования скорости применяется также для двигателей с фазным ротором, причем в этом случае в цепь ро­тора включаются добавочные сопротивления.

Рис. 2.

        В связи с пониженным к. п. д. и трудностями регулирования напряжения рассматриваемый метод применяется только для двигателей малой мощности. При этом для регулирования U₁ можно использовать регу­лируемые автотрансформато­ры или сопротивления, вклю­ченные последовательно в пер­вичную цепь. В последние годы для этой цели все чаще применяют (рис. 2) реак­торы насыщения, регулируе­мые путем подмагничивания постоянным током.

При изменении величины по­стоянного тока подмагничива­ния индуктивное сопротивле­ние реактора изменяется, что приводит к изменению напряжения на зажимах двигателя. Путем автоматического регулирования тока подмагничивания можно рас­ширить зону регулирования скорости в область s > s_m и получить при этом жесткие механические характеристики.