Motores elétricos de várias velocidades e seu uso - finalidade e características, determinação de potência em diferentes velocidades de rotação

Motores elétricos de várias velocidades — motores assíncronos com vários estágios de velocidade, são projetados para acionar mecanismos que requerem controle de velocidade contínuo.

Os motores de várias velocidades são motores especialmente projetados. Eles têm um enrolamento de estator especial e um rotor enjaulado normal.

Dependendo da proporção de pólos, da complexidade dos circuitos e do ano de produção dos motores elétricos multivelocidade, seus estatores são produzidos em quatro versões:

• bobinas independentes de uma velocidade para duas, três e até quatro velocidades;

• com uma ou duas bobinas com comutação de pólos, no primeiro caso de dois estágios e no segundo de quatro estágios;

• com a presença de três velocidades de rotação do motor elétrico, uma bobina é comutada com um pólo - duas velocidades e a segunda - uma velocidade, independente - para qualquer número de pólos;

• com uma bobina com comutação de pólos para três ou quatro velocidades.

Os motores de enrolamento automático apresentam baixo aproveitamento e preenchimento de ranhuras devido à presença de grande número de fios e vedações, o que reduz significativamente a potência nas etapas de velocidade.
A presença de dois enrolamentos polares no estator, e especialmente um para três ou quatro velocidades de rotação, melhora o preenchimento das ranhuras e permite um uso mais racional do núcleo do estator, pelo que a potência do motor elétrico aumenta.

De acordo com a complexidade dos circuitos, os motores elétricos de várias velocidades são divididos em duas partes: com uma relação de pólos igual a 2/1 e - não igual a 2/1. O primeiro inclui motores elétricos com velocidade de 1500/3000 rpm ou 2p = 4/2, 750/1500 rpm ou 2p = 8/4, 500/1000 rpm ou 2p = 12/6, etc., e para o segundo - 1000/1500 rpm ou 2p = 6/4, 750/1000 rpm ou 2p = 8/6, 1000/3000 rpm ou 2p = 6/2, 750/3000 rpm ou 2p = 8/2, 600/3000 rpm ou 2p = 10/2, 375/1500 rpm ou 2p = 16/4, etc.

Dependendo da escolha do circuito de enrolamentos de pólos comutados, com diferentes números de pólos, o motor elétrico pode ser de potência constante ou de torque constante.

Para motores com enrolamento de pólo comutado e potência constante, o número de voltas nas fases em ambos os números de pólos será o mesmo ou próximo um do outro, o que significa que suas correntes e potências serão iguais ou próximas. Seus torques serão diferentes, dependendo do número de rotações.

Em motores elétricos de torque constante com um número menor de pólos, grupos de enrolamentos divididos em duas partes em cada fase são conectados em paralelo em um duplo delta ou estrela dupla, como resultado do qual o número de voltas em uma fase diminui e a seção transversal do fio, a corrente e a potência são duplicadas.Ao mudar de grandes para menos pólos em um arranjo estrela / delta, o número de voltas diminui e a corrente e a potência aumentam 1,73 vezes. Isso significa que em maior potência e rotações mais altas, bem como em menor potência e rotações mais baixas, os torques serão os mesmos.

A maneira mais simples de obter dois números diferentes de pares de pólos é disposição do estator de um motor de indução com dois enrolamentos independentes… A indústria elétrica produz esses motores com velocidades de rotação síncronas de 1.000/1.500 rpm.

No entanto, há vários esquemas de comutação de fios do enrolamento do estator em que o mesmo enrolamento pode produzir um número diferente de polos. Um interruptor simples e difundido deste tipo é mostrado na fig. 1, a e b. As bobinas do estator conectadas em série formam dois pares de pólos (Fig. 1, a). As mesmas bobinas conectadas em dois circuitos paralelos, conforme mostrado na fig. 1b, formam um par de pólos.

A indústria produz motores de enrolamento único de várias velocidades com comutação paralela em série e com uma relação de velocidade de 1: 2 com velocidades síncronas de rotação 500/1000, 750/1500, 1500/3000 rpm.

O método de comutação descrito acima não é o único. Na fig. 1, c mostra um circuito que forma o mesmo número de pólos que o circuito mostrado na fig. 1, b.

No entanto, o mais comum na indústria foi o primeiro método de comutação série-paralelo, porque com essa chave, menos fios podem ser removidos do enrolamento do estator e, portanto, a chave pode ser mais simples.

Arroz. 1. O princípio de comutação dos pólos de um motor de indução.

Os enrolamentos trifásicos podem ser conectados a uma rede trifásica em estrela ou triângulo. Na fig. 2, a e b mostram uma comutação generalizada, na qual o motor elétrico, para obter uma velocidade menor, é conectado a um delta com uma conexão em série de bobinas e, para obter uma velocidade maior, uma estrela com uma conexão paralela de as bobinas (t .aka estrela dupla).

Junto com o de duas velocidades, a indústria elétrica também produz motores assíncronos de três velocidades... Nesse caso, o estator do motor elétrico possui dois enrolamentos separados, um dos quais fornece duas velocidades por meio da comutação descrita acima. O segundo enrolamento, geralmente incluído na estrela, fornece a terceira velocidade.

Se o estator do motor elétrico tiver dois enrolamentos independentes, cada um dos quais permite a comutação de polos, é possível obter um motor elétrico de quatro estágios. Neste caso, o número de polos é escolhido de forma que as velocidades de rotação componham as séries desejadas. Um diagrama de tal motor elétrico é mostrado na fig. 2, c.

Deve-se notar que o campo magnético rotativo induzirá três E em três fases do enrolamento inativo. d. s, do mesmo tamanho e com deslocamento de fase de 120°. A soma geométrica dessas forças eletromotrizes, como conhecidas da engenharia elétrica, é zero. No entanto, devido à fase sinusoidal imprecisa e. etc. c. corrente de rede, a soma destes d., etc. v. pode ser zero. Nesse caso, uma corrente surge em uma bobina fechada que não funciona, que aquece essa bobina.

Para evitar esse fenômeno, o circuito de comutação de polos é feito de forma que a bobina de inatividade esteja aberta (Fig. 12, c).Devido ao pequeno valor da corrente superior em alguns motores elétricos, às vezes não há interrupção no circuito fechado do enrolamento de marcha lenta.

Produziu motores duplos de três velocidades com velocidades de rotação síncronas de 1000/1500/3000 e 750/1500/3000 rpm e motores de quatro velocidades com 500/750/1000/1500 rpm. Motores de duas velocidades têm seis, três velocidades nove e quatro velocidades 12 terminais para o interruptor de pólo.

Deve-se notar que existem circuitos para motores de duas velocidades, que com um enrolamento permitem obter velocidades de rotação cuja relação não é igual a 1: 2. Esses motores elétricos fornecem velocidades de rotação síncronas de 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 rpm

Três e quatro números diferentes de pares de pólos podem ser obtidos usando esquemas especiais para um único enrolamento. Esses motores elétricos de várias velocidades com um único enrolamento são significativamente menores que os motores de enrolamento duplo com os mesmos parâmetros, o que é muito importante para a engenharia mecânica .

Além disso, os motores elétricos de enrolamento simples têm indicadores de energia e produção menos intensiva em mão-de-obra. A desvantagem dos motores de várias velocidades com um único enrolamento é a presença de um número maior de fios introduzidos na chave.

No entanto, a complexidade da comutação é determinada não tanto pelo número de fios trazidos quanto pelo número de comutações simultâneas. Nesse sentido, foram desenvolvidos esquemas que permitem, na presença de uma bobina, obter três e quatro velocidades com interruptores relativamente simples.

Arroz. 2. Esquemas de comutação dos polos de um motor de indução.

Esses motores elétricos são produzidos pela engenharia mecânica em velocidades síncronas de 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 rpm.

O torque do motor de indução pode ser expresso pela conhecida fórmula

onde Ig é a corrente no circuito do rotor; F é o fluxo magnético do motor; ? 2 é o ângulo de fase entre os vetores de corrente e e. etc. v.rotor.

Arroz. 3. Motor trifásico multivelocidade tipo gaiola de esquilo.

Considere esta fórmula em relação ao controle de velocidade de um motor de indução.

A maior corrente contínua permitida no rotor é determinada pelo aquecimento permitido e, portanto, é aproximadamente constante. Se a regulação da velocidade for realizada com um fluxo magnético constante, então, em todas as velocidades do motor, o torque máximo permitido a longo prazo também será constante. Este controle de velocidade é chamado de controle de torque constante.

A regulação da velocidade variando a resistência no circuito do rotor é uma regulação com um torque máximo admissível constante, pois o fluxo magnético da máquina não muda durante a regulação.

A potência útil máxima admissível do eixo do motor em uma velocidade de rotação menor (e, portanto, um maior número de pólos) é determinada pela expressão

onde If1 — corrente de fase, máximo permitido de acordo com as condições de aquecimento; Uph1 — tensão de fase do estator com maior número de pólos.

A potência útil máxima permitida do eixo do motor em uma velocidade de rotação mais alta (e um número menor de pólos) Uph2 - tensão de fase neste caso.

Ao mudar de uma conexão delta para uma estrela, a tensão de fase diminui por um fator de 2.Assim, ao passar do circuito a para o circuito b (Fig. 2), obtemos a relação de potência

pegando pesado

pegue

Em outras palavras, a potência em velocidade mais baixa é 0,86 da potência em velocidade mais alta do rotor. Dada a mudança relativamente pequena na potência contínua máxima nas duas velocidades, tal regulação é convencionalmente referida como regulação de potência constante.

Se, ao conectar as metades de cada fase, você usar sequencialmente uma conexão em estrela e depois mudar para uma conexão em estrela paralela (Fig. 2, b), obteremos

Ou

Assim, neste caso, há um controle constante das rotações do torque. Em máquinas-ferramenta para usinagem de metais, os acionamentos de movimento principal requerem controle de velocidade de potência constante e os acionamentos de alimentação requerem controle de velocidade de torque constante.

Os cálculos acima da relação de potência na velocidade mais alta e mais baixa são aproximados. Por exemplo, não foi considerada a possibilidade de aumentar a carga em altas velocidades devido ao resfriamento mais intenso dos enrolamentos; a igualdade assumida também é muito aproximada. Assim, para o motor 4A temos

Como resultado, a relação de potência deste motor é P1 / P2 = 0,71. Aproximadamente as mesmas relações se aplicam a outros motores de duas velocidades.

Novos motores elétricos de bobina única de várias velocidades, dependendo do esquema de comutação, permitem o controle de velocidade com potência e torque constantes.

O pequeno número de estágios de controle que podem ser obtidos com motores de indução com mudança de polo geralmente permite que esses motores sejam usados ​​em máquinas-ferramenta apenas com redutores especialmente projetados.

Veja também: Vantagens de usar motores de várias velocidades