3.11. Особенности схем обмоток многоскоростных

АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

В статорах многоскоростных асинхронных двигателей применя­ют обмотки, которые могут быть включены на различное число по­люсов. Частота вращения двигателя изменяется при этом ступенчато, обратно пропорционально числу полюсов обмотки. Изменения числа полюсов двигателя можно достичь двумя путями: установкой в пазы статора двух независимых друг от друга обмоток, выполнен­ных на различные числа полюсов, или переключением схемы соединения катушечных групп одной обмотки. Обмотки, рассчитанные для такого способа переключения, называют полюсно-переключаемыми.

Укладка в статор двух независимых обмоток дает возможность получить любые соотношения между числами их полюсов и, следовательно, между частотами вращения двигателя. Недостатком такого способа является неполное использование объема паза статора,так как в пазы укладывают проводники двух обмоток, а двигатель работает на одной из них поочередно. Одна из обмоток во время ра­боты двигателя отключается от сети, и занятая ею часть объема паза не используется. Это приводит к увеличению размеров пазов и всего двигателя по сравнению с односкоростным той же мощности.

Способ изменения числа полюсов в полюсно-переключаемых обмотках основан на изменении направлений магнитных потоков вмашине путем переключения схемы обмотки. На рис. 3.36, а схема­тично показано поперечное сечение статора и ротора двигателя и положение двух (7-й и 4-й) катушечных групп, принадлежащих пер­вой фазе двухполюсной обмотки. Стрелками отмечено направление магнитных силовых линий потока машины. На схеме соединения катушечных групп этой фазы также стрелками показано направле­ние обтекания их током, причем направление стрелки над катушеч­ной группой вправо соответствует направлению силовых линий по­тока от центра, а влево — к центру. На рис. 3.36, б такое же построение показано для четырех полюсной машины, одной фазе об­мотки которой принадлежат 1, 4, 7 и 10-я катушечные группы. При встречном включении катушечных групп, т. е. при принятой в обыч­ной двухслойной обмотке схеме, магнитное поле образует четыре полюса. Такую же картину поля можно получить и при двух катуш­ках в одной фазе, если их включить не встречно, а согласно рис. 3.36, в. Сравнивая направления силовых линий потоков и схе­мы обмоток, видим, что изменение направления тока в половине катушечных групп двухслойной обмотки приводит к изменению числа ее полюсов в 2 раза.

На этом принципе построены двухскоростные полюсно-переключаемые обмотки, в которых числа полюсов изменяются в 2 раза. Двухскоростные обмотки выполняют с шестью выводами. При работе на одном числе полюсов три вывода подключают к сети, а три оставшихся в зависимости от схемы обмотки либо замыкают накоротко, либо оставляют свободными. Обозначения выводов многоскоростных обмоток согласно ГОСТ 26772—85 приведены в табл. 3.17.

Рис. 3.36. Потоки в магнитопроводе и условные схемы обмоток:

а – с двумя катушечными группами при 2р = 2;

б – с четырьмя катушечными группами при 2р = 4;

в – с двумя катушечными группами при 2р = 4

Таблица 3.17 Обозначение выводов многоскоростных двигателей,

разработанных после 1987 г. (по ГОСТ 26772 – 85 )

Число выводов	Наименование вывода фазы	Обозначение выводов
		начало	конец
6	Первый	1U— 2N	2U
	Второй	1V—2N	2V
	Третий	1W—2N	2W
9	Первый Второй Третий	1U – 3N 1V – 3N 1W – 3 N	2U; 3U 2V; 3V 2W; 3W
12	Первый	1U — 2N	2U
		3U—4N	4U
	Второй	1V—2N	2V
		3V – 4N	4V
	Третий	1W – 2N	2W
		3W – 4N	4W

Примечания. 1. В обозначениях раздельных обмоток двигателей, переключаемых на разное число полюсов, меньшая (большая) цифра стоящая перед буквенным обозначением обмотки, соответствут меньшей (большей) частоте вращения.

2. Двойные обозначения (например, 1U – 2N; 1U – 3N и др.) применяют для выводов, которые при одной частоте вращения присоединяют к сети, а при другой частоте вращения замыкают накоротко между собой. Если на доске выводов нет достаточно места для двойного обозначения с обязательным приложением к машине схемы соединений.

3. В чертежах электрических схем соединения с шестью выводными концами на свободном поле схемы при соединении фаз в треугольник допускается применение двойных обозначений (U1W2; V1U2; W1V2), при соединении фаз в звезду – обозначение начал фаз U1, V1, W1 и тройного обозначения (U2; V2; W2) точки звезды.

Выбор схемы полюсно-переключаемых обмоток зависит от того, должен двигатель работать на разных частотах вращения с постоянным моментом или с постоянной мощностью [6].

Рис. 3.37. Схемы включения обмоток многоскоростного асинхронного двигателя на

2р = 4/8 при работе с постоянной мощностью:

а – схема соединений катушечных групп обмотки;

б – включения обмотки на 2р = 4 при а = 1;

в – включение обмотки на 2р = 8 при а =2.

На рис. 3.37 показаны условные схемы включения двухскоростного асинхронного двигателя на 2р = 4/8, рассчитанного на работу с одной и той же мощностью при 2р = 4 и 2р = 8. На высшей частоте вращения (2р = 4) его обмотку соединяют в треугольник при а = 1, а на низшей (2р = 8) — в звезду при а = 2. При том и при другом числе полюсов катушки обмотки остаются теми же самыми, поэтому их выполняют с шагом, равным или несколько большим полюсного де­ления при большем числе полюсов.

Существуют схемы обмоток двухскоростных двигателей, по­зволяющие путем переключения катушечных групп изменять чис­ла полюсов и в отношении, отличном от 1 : 2, с сохранением достаточно высокого обмоточного коэффициента для обеих частот вращения и числа выводных концов обмоток — не более шести. Особенность этих схем заключается в специфической компоновке катушечных групп из разновитковых катушек, при которой изменение точек подсоединения обмотки к питающей сети приводит не только к изменению полярности отдельных катушечных групп, но и переключению групп между фазами или к отключению отдельных катушек при работе с одним из возможных чисел полюсов. При переключениях изменяется также и амплитуда МДС обмотки, поэтому такой метод построения схем называют методом «полюсно-амплитудной модуляции» (ПАМ). Прин­цип переключений, характерный для данного метода, иллюстрируется схемой, приведенной на рис. 3.38.

Рис. 3.38. Принципиальная схема двухскоростной обмотки,

выполненной по принципу ПАМ: 1 – 9 - элементы обмотки

Двухскоростные асинхронные двигатели серии 4А и АИ с высотами осей вращения 160…200 мм при соотношении чисел полюсов 6 : 4 имеют две обмотки: основную – двухслойную и дополнительную – однослойную, катушечные группы которых условно показа­ны на рис. 3.39, а соответственно кружками и прямоугольниками. Основная обмотка — полюсно – переключаемая. При работе на 2р = 4 включается только основная обмотка, соединенная треуголь­ником при а = 1 (рис. 3.39, б). При работе двигателя на 2р = 6 ос­новная обмотка соединяется в звезду с двумя параллельными ветвями и последовательно с ней включается дополнительная обмотка (рис. 3.39, в).

Для трехскоростных и четырехскоростных асинхронных двигателей используют оба принципа изменения чисел полюсов: устанавливают две независимые обмотки, каждая из которых (в четырех­скоростных) или одна из них (в трехскоростных двигателях) выполняется полюсно-переключаемой. В обмотках в большинстве случаев используют более простые схемы переключения числа по­люсов в отношении 1 : 2. Так, например, трехскоростные двигатели 4А112М6/4/2 имеют две независимые обмотки, одна из которых рас­считана на 6 полюсов, а вторая (полюсно-переключаемая) — на 2 и 4 полюса; в четырехскоростных двигателях 4А180М12/8/6/4 обе обмотки полюсно – переключаемые: одна на 12 и 6 полюсов, другая на 8 и 4 полюса.

Рис. 3.39 Полюсно – переключаемые обмотки:

а – выводы обмотки; б – включение основной обмотки на 2р = 4 при а = 1;

в – включение основной и дополнительной обмоток на 2р = 6 при а = 2;

- элементы основной обмотки, - элементы дополнительной обмотки