Moteurs électriques à plusieurs vitesses et leur utilisation - but et caractéristiques, détermination de la puissance à différentes vitesses de rotation

Les moteurs électriques à plusieurs vitesses - les moteurs asynchrones à plusieurs étages de vitesse, sont conçus pour entraîner des mécanismes qui nécessitent un contrôle de vitesse en continu.

Les moteurs à plusieurs vitesses sont des moteurs spécialement conçus. Ils ont un enroulement de stator spécial et un rotor en cage normal.

En fonction du rapport des pôles, de la complexité des circuits et de l'année de production des moteurs électriques multi-vitesses, leurs stators sont produits en quatre versions :

• bobines indépendantes à une vitesse pour deux, trois, voire quatre vitesses ;

• avec une ou deux bobines à commutation de pôles, dans le premier cas à deux étages et dans le second à quatre étages;

• avec la présence de trois vitesses de rotation du moteur électrique, une bobine est commutée avec un pôle - à deux vitesses, et la seconde - à une vitesse, indépendante - pour un nombre quelconque de pôles;

• avec une bobine à commutation de pôles pour trois ou quatre vitesses.

Les moteurs à remontage automatique ont une utilisation et un remplissage des fentes médiocres en raison de la présence d'un grand nombre de fils et de joints, ce qui réduit considérablement la puissance par paliers de vitesse.
La présence de deux bobinages à commutation de pôles dans le stator, et surtout un pour trois ou quatre vitesses de rotation, améliore le remplissage des encoches et permet une utilisation plus rationnelle du noyau du stator, de sorte que la puissance du moteur électrique augmente.

Selon la complexité des circuits, les moteurs électriques à plusieurs vitesses sont divisés en deux parties : avec un rapport de pôles égal à 2/1 et - non égal à 2/1. Le premier comprend des moteurs électriques avec une vitesse de 1500/3000 tr/min ou 2p = 4/2, 750/1500 tr/min ou 2p = 8/4, 500/1000 tr/min ou 2p = 12/6, etc., et au second — 1000 /1500 tr/min ou 2p = 6/4, 750/1000 tr/min ou 2p = 8/6, 1000/3000 tr/min ou 2p = 6/2, 750/3000 tr/min ou 2p = 8/2, 600/3000 tr/min ou 2p = 10/2, 375/1500 tr/min ou 2p = 16/4, etc.

Selon le choix du circuit d'enroulements à commutation de pôles, avec un nombre de pôles différent, le moteur électrique peut être à puissance constante ou à couple constant.

Pour les moteurs avec un enroulement à commutation de pôles et une puissance constante, le nombre de tours dans les phases aux deux nombres de pôles sera le même ou proche l'un de l'autre, ce qui signifie que leurs courants et puissances seront identiques ou proches. Leurs couples seront différents selon le nombre de tours.

Dans les moteurs électriques à couple constant avec un plus petit nombre de pôles, des groupes d'enroulements divisés en deux parties dans chaque phase sont connectés en parallèle dans un double triangle ou une double étoile, à la suite de quoi le nombre de tours dans une phase diminue, et la section du fil, le courant et la puissance sont doublés.Lors du passage de grands pôles à moins de pôles dans un arrangement étoile / triangle, le nombre de tours diminue et le courant et la puissance augmentent de 1,73 fois. Cela signifie qu'à une puissance plus élevée et à des révolutions plus élevées, ainsi qu'à une puissance et à des révolutions inférieures, les couples seront les mêmes.

Le moyen le plus simple d'obtenir deux nombres différents de paires de pôles est disposition du stator d'un moteur à induction à deux enroulements indépendants… L'industrie électrique produit de tels moteurs avec des vitesses de rotation synchrones de 1000/1500 tr/min.

Cependant, il existe un certain nombre de schémas de commutation de fils d'enroulement de stator où le même enroulement peut produire un nombre différent de pôles. Un interrupteur simple et répandu de ce type est illustré à la fig. 1, a et b. Les bobines de stator connectées en série forment deux paires de pôles (Fig. 1, a). Les mêmes bobines connectées dans deux circuits parallèles comme indiqué sur la fig. 1b, forment une paire de pôles.

L'industrie produit des moteurs à un seul enroulement à plusieurs vitesses avec commutation série-parallèle et avec un rapport de vitesse de 1: 2 avec des vitesses de rotation synchrones 500/1000, 750/1500, 1500/3000 tr/min.

La méthode de commutation décrite ci-dessus n'est pas la seule. En figue. 1, c montre un circuit qui forme le même nombre de pôles que le circuit représenté sur la fig. 1, b.

Cependant, la plus courante dans l'industrie était la première méthode de commutation série-parallèle, car avec un tel commutateur, moins de fils peuvent être retirés de l'enroulement du stator et, par conséquent, le commutateur peut être plus simple.

Riz. 1. Le principe de la commutation des pôles d'un moteur à induction.

Les enroulements triphasés peuvent être connectés à un réseau triphasé en étoile ou en triangle. En figue. 2, a et b montrent une commutation généralisée, dans laquelle le moteur électrique, pour obtenir une vitesse inférieure, est connecté à un triangle avec une connexion en série de bobines, et pour obtenir une vitesse supérieure, une étoile avec une connexion en parallèle de les bobines (t .aka double étoile).

Outre les deux vitesses, l'industrie électrique produit également des moteurs asynchrones à trois vitesses... Dans ce cas, le stator du moteur électrique comporte deux enroulements séparés, dont l'un fournit deux vitesses grâce à la commutation décrite ci-dessus. Le deuxième enroulement, généralement inclus dans l'étoile, fournit la troisième vitesse.

Si le stator du moteur électrique comporte deux bobinages indépendants permettant chacun une commutation de pôles, il est possible d'obtenir un moteur électrique à quatre étages. Dans ce cas, le nombre de pôles est choisi pour que les vitesses de rotation forment la série souhaitée. Un schéma d'un tel moteur électrique est illustré à la fig. 2, ch.

Il convient de noter que le champ magnétique tournant induira trois E en trois phases de l'enroulement de repos. d. s, de même taille et déphasés de 120°. La somme géométrique de ces forces électromotrices, telle que connue de l'électrotechnique, est nulle. Cependant, en raison de la phase sinusoïdale imprécise e. etc. C. courant secteur, la somme de ces d., etc. v. peut être nul. Dans ce cas, un courant apparaît dans une bobine fermée non fonctionnelle, qui chauffe cette bobine.

Pour éviter ce phénomène, le circuit de commutation des pôles est réalisé de manière à ce que la bobine de repos soit ouverte (Fig. 12, c).En raison de la faible valeur du courant supérieur dans certains moteurs électriques, il arrive parfois qu'aucune coupure ne se produise dans la boucle fermée de l'enroulement de repos.

Production de moteurs à double enroulement à trois vitesses ayant des vitesses de rotation synchrones de 1000/1500/3000 et 750/1500/3000 tr/min et de moteurs à quatre vitesses avec 500/750/1000/1500 tr/min. Les moteurs à deux vitesses ont six, neuf à trois vitesses et 12 à quatre vitesses à l'interrupteur de pôle.

Il est à noter qu'il existe des circuits pour moteurs à deux vitesses, qui avec un enroulement permettent d'obtenir des vitesses de rotation dont le rapport n'est pas égal à 1: 2. De tels moteurs électriques fournissent des vitesses de rotation synchrones de 750/3000, 1000/1500 , 1000/3000 tr/min

Trois et quatre nombres différents de paires de pôles peuvent être obtenus en utilisant des schémas spéciaux pour un seul enroulement.De tels moteurs électriques à plusieurs vitesses avec un seul enroulement sont nettement plus petits que les moteurs à double enroulement avec les mêmes paramètres, ce qui est très important pour la construction mécanique. .

De plus, les moteurs électriques à un seul enroulement ont des indicateurs énergétiques et une production à moindre intensité de main-d'œuvre. L'inconvénient des moteurs multi-vitesses à un seul enroulement est la présence d'un plus grand nombre de fils introduits dans l'interrupteur.

Cependant, la complexité du commutateur n'est pas tant déterminée par le nombre de fils sortis que par le nombre de commutateurs simultanés. A cet égard, des schémas ont été développés qui permettent, en présence d'une bobine, d'obtenir trois et quatre vitesses avec des interrupteurs relativement simples.

Riz. 2. Schémas de commutation des pôles d'un moteur à induction.

De tels moteurs électriques sont produits par ingénierie mécanique à des vitesses synchrones de 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 150/1000/1500, 750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 tr/min.

Le couple du moteur à induction peut être exprimé par la formule bien connue

où Ig est le courant dans le circuit du rotor ; F est le flux magnétique du moteur ; ? 2 est l'angle de phase entre les vecteurs courants et e. etc. v. rotor.

Riz. 3. Moteur triphasé à cage d'écureuil à plusieurs vitesses.

Considérez cette formule par rapport au contrôle de la vitesse d'un moteur à induction.

Le courant continu le plus élevé admissible dans le rotor est déterminé par l'échauffement admissible et est donc approximativement constant. Si la régulation de la vitesse est effectuée avec un flux magnétique constant, alors à toutes les vitesses du moteur, le couple maximal admissible à long terme sera également constant. Ce contrôle de vitesse est appelé contrôle de couple constant.

La régulation de la vitesse en faisant varier la résistance dans le circuit du rotor est une régulation avec un couple maximal admissible constant, puisque le flux magnétique de la machine ne change pas pendant la régulation.

La puissance utile maximale admissible de l'arbre moteur à une vitesse de rotation plus faible (et donc un plus grand nombre de pôles) est déterminée par l'expression

où If1 — courant de phase, maximum admissible selon les conditions de chauffage ; Uph1 — tension de phase du stator avec un plus grand nombre de pôles.

La puissance utile maximale admissible de l'arbre du moteur à une vitesse de rotation plus élevée (et un plus petit nombre de pôles) Uph2 - tension de phase dans ce cas.

Lors du passage d'une connexion en triangle à une connexion en étoile, la tension de phase diminue d'un facteur 2.Ainsi, en passant du circuit a au circuit b (Fig. 2), on obtient le rapport de puissance

Prendre rugueux

prends-le

En d'autres termes, la puissance à vitesse inférieure est égale à 0,86 de la puissance à vitesse rotor supérieure. Compte tenu de la variation relativement faible de la puissance continue maximale aux deux vitesses, une telle régulation est classiquement appelée régulation à puissance constante.

Si, lors de la connexion des moitiés de chaque phase, vous utilisez séquentiellement une connexion en étoile, puis passez à une connexion en étoile parallèle (Fig.2, b), alors nous obtenons

Ou

Ainsi, dans ce cas, il y a un contrôle constant des tours de couple. Dans les machines-outils pour le travail des métaux, les entraînements de mouvement principaux nécessitent un contrôle de vitesse à puissance constante et les entraînements d'alimentation nécessitent un contrôle de vitesse à couple constant.

Les calculs ci-dessus du rapport de puissance à la vitesse la plus élevée et à la vitesse la plus basse sont approximatifs. Par exemple, la possibilité d'augmenter la charge à des vitesses élevées en raison du refroidissement plus intense des enroulements n'a pas été prise en compte ; l'égalité supposée est également très approximative. Ainsi, pour le moteur 4A, nous avons

En conséquence, le rapport de puissance de ce moteur est P1 / P2 = 0,71. À peu près les mêmes rapports s'appliquent aux autres moteurs à deux vitesses.

De nouveaux moteurs électriques à simple bobinage à plusieurs vitesses, selon le schéma de commutation, permettent un contrôle de la vitesse avec une puissance constante et un couple constant.

Le petit nombre d'étages de commande que l'on peut obtenir avec les moteurs à induction à changement de pôles ne permet généralement d'utiliser ces moteurs sur des machines-outils qu'avec des réducteurs spécialement conçus.

Voir également: Avantages de l'utilisation de moteurs à plusieurs vitesses