Как изменить число пар полюсов

Этот способ используется для регулирования
скорости многоскоростных АД с
короткозамкнутым ротором. Возможность
получения искусственных характеристик
АД данным способом, и следовательно,
регулирования его скорости, непосредственно
следует из выражения для угловой скорости
магнитного поля АД
.

Изменение числа пар полюсов АД рпроизводится за счет переключений в
обмотке статора, при этом число пар
полюсов короткозамкнутого ротора
изменяется автоматически. Так как
количество полюсов АД может быть равным
только целому числу – 1, 2, 3 и т. д., то
следовательно, данный способ обеспечивает
только ступенчатое регулирование
скорости. Двигатели, допускающие
регулирование скорости этим способом,
получили название многоскоростных.

Изменение числа полюсов АД достигается,
когда на статоре АД располагаются две
(или больше) не связанные друг с другом
обмотки, имеющие разное число пар полюсов
p₁иp₂. При подключении
к сети одной обмотки, например сp₁парами полюсов, АД имеет синхронную
скорость

Вторая обмотка при этом обесточена. Для
получения другой скорости отключается
первая обмотка и подключается на сеть
вторая обмотка с p₂парами
полюсов, при этом синхронная скорость
АД станет равной

и АД будет
иметь уже другую механическую
характеристику.

Наряду с такими
АД, получившими название многообмоточных,
широкое распространение получил другой
тип многоскоростных АД, у которых
изменение числа пар полюсов вращающегося
магнитного поля достигается за счет
изменения схемы соединения статорной
обмотки АД. Для этого каждая фаза статора
разделена на несколько одинаковых
частей (чаще всего на две части) и имеет
от них соответствующее число выводов.

Рассмотрим принцип получения различного
числа пар полюсов при переключении
частей обмотки статора на следующем
упрощенном примере.

На рис. 4.9 показана схема одной фазы
статорной обмотки, которая состоит из
двух одинаковых частей 1н–1к,
2н–2к, имеющих два проводника.
Если секции соединены так, как это
показано на рис. 4.9,а, и к обмотке
статора подведен токI,
имеющий в данный момент времени
направление, показанное стрелками, то
образуется магнитное поле с четырьмя
полюсами, т. е.р=2 (направление
магнитных силовых линий определяем с
помощью правила буравчика).

Оставив
направление тока тем же,, изменим
несколько схему соединения обмотки,
подключив конец первой секции 1кк
концу второй 2к(рис. 4.9,б). Из
рис. 4.9, б следует, что в этом случае
статорная обмотка образует магнитное
поле с числом пар полюсов, вдвое меньшим
по сравнению с полем рис. 4.9,а.
Уменьшение вдвое числа пар полюсов
достигается и в схеме рис. 4.9,в, где
секции соединены параллельно (1нс
2к, 1кс 2н). В том и другом
случае (рис. 4.9,бив) уменьшение
числа пар полюсов, и следовательно,
увеличение скорости, АД, достигается
изменением направления тока на
противоположное в одной из секций (в
данном случае во второй). При этом
диапазон изменения угловой скорости
магнитного поля равен двум.

Наиболее часто на практике встречаются
две схемы переключения статорной обмотки
многоскоростных АД:

1)с треугольника (Д) на
двойную звезду (УУ); 2) со звезды (У) на
двойную звезду (УУ).

Рассмотрим схемы соединения статора и
механические характеристики АД для
этих случаев.

Треугольник–двойнаязвезда.
Для получения большего числа пар полюсовpiсекции каждой фазы
статора включены в треугольник согласно,
т. е. так, как это показано на рис. 4.10,а,
гдеА_1ниА_2н–начала
соответственно первой и второй секций
фазыА;А_1киА_2к– их концы. Обозначения для выводов
секций фазВиС, схемы включения
которых аналогичны схемам фазыА,
опущены. Соединение секций по схеме
рис. 4.10,б, как отмечалось выше,
вызовет уменьшение в 2 раза числа пар
полюсов АД. Схема рис. 4.10,бполучила
название двойной звезды.

Для получения общего вида механических
характеристик определим допустимую
мощность АД при включении его статора
по схемам рис. 4.10, аиб. Учитывая,
что допустимый ток в секции обмотки
статораI_1доп=I_1номостается неизменным при переключении
числа пар полюсов, допустимую первичную
мощность определим:

для схемы треугольник (рис. 4.10, а)

(4.22)

для схемы двойная звезда (рис. 4.10, б)

(4.23)

Из полученных выражений следует, что
при
допустимая мощность АД остается
практически неизменной. Поэтому при
увеличении вдвое числа пар полюсов АД
и уменьшении тем самым вдвое синхронной
скорости допустимый момент на валу АД
увеличивается примерно в 2 раза.
Механические характеристики АД для
данного способа переключения обмоток
показаны на рис 4.10,в. Они соответствуют
регулированию скорости при постоянной
мощности.

Звезда–двойнаязвезда. В
этой схеме меньшей угловой скорости АД
соответствует соединение обмоток
статора, показанное на рис. 4.11,а.
Секции фаз статора соединены в этой
схеме также последовательно и согласно
и образуют при подключении АД к сети
системуp₁пар
полюсов вращающегося магнитного поля,
которой соответствует синхронная
скорость₀₁.

Переключение
на двойную звезду осуществляется по
схеме на рис. 4.10, б, при этом число
пар полюсов станетp₂=p₁/2.
Получаемые механические характеристики
такого двухскоростного АД изображены
на рис. 4.11,б. В отличие от рассмотренной
выше схемы переключения треугольник –
двойная звезда, в которой регулирование
скорости АД осуществляется при постоянной
мощности нагрузки на его валу, в этой
схеме изменение скорости может
осуществляться при постоянном моменте
нагрузкиМ_с. Это следует из
рассмотрения выражений допустимой
мощности АД, которая для схемы двойная
звезда (рис. 4.10,б) определяется
формулой (4.23), а для схемы звезда согласно
рис 4.11,а– формулой

(4.24)

Из (4.23) и (4.24) видно, что допустимая
мощность при переключении статорной
обмотки на меньшее число пар полюсов
(когда скорость АД увеличивается в 2
раза) возрастает также в 2 раза. Тем самым
допустимые моменты при работе АД в обеих
схемах включения примерно одинаковы и
характеристики имеют показанный на
рис. 4.11, бвид.

Помимо рассмотренных двухскоростных
АД применяются также трех- и четырехскоростные
АД. Первые из них помимо переключаемой
обмотки статора, выполняемой аналогично
рассмотренной выше, имеют также и одну
непереключаемую обмотку. Четырехскоростные
АД с различным числом пар полюсов p₁,p₂,p₃,p₄позволяют получить четыре различные
механические характеристики.

Рассматриваемый способ регулирования
скорости характеризуется рядом
положительных показателей, что определяет
широкое его применение в регулируемом
электроприводе переменного тока. К ним
в первую очередь следует отнести
экономичность регулирования, так как
регулирование скорости изменением
числа пар полюсов не сопровождается
выделением в роторной цепи больших
потерь энергии скольжения, вызывающих
излишний нагрев АД и ухудшающих его
КПД.

Из рис. 4.10, ви 4.11,бвидно, что
механические характеристики многоскоростных
асинхронных электродвигателей отличаются
хорошей жесткостью и достаточной
перегрузочной способностью.

Недостатком этого способа является
ступенчатость изменения скорости
двигателя и относительно небольшой
диапазон ее регулирования, не превышающий
обычно 6–8.

На рис 4.12 показана практическая схема
управления двухскоростным АД с
короткозамкнутым ротором. Схема
обеспечивает две скорости АД путем
соединения обмотки статора в треугольник
или двойную звезду, а также его
реверсирование. Она состоит из контакторов
большой КМ1и малойКМ2скорости,
линейных контакторов направления
вращения АД «Вперед»КМЗи «Назад»КМ4, блокировочного релеKVи кнопок управленияSB3,SB1,SB2,SB4,SB5.
Защита электропривода осуществляется
тепловыми релеКК1иКК2и
предохранителямиFA.

Для пуска АД, например, на низкую скорость
нажимается кнопка SB4, после чего
срабатывает контакторКМ2и релеKV. Статор АД оказывается
включенным по схеме треугольник, а релеKV, замкнув свои контакты в цепях
аппаратовКМЗиКМ4, подготавливают
двигатель к подключению к сети. Далее
нажатие кнопкиSB1илиSB2приводит к включению АД
соответственно в направлении «Вперед»
или «Назад».

После разбега АД до низкой скорости
может быть осуществлен его разгон до
высокой скорости. Для этого должна быть
нажата кнопка SB5, что приведет к
отключению контактораКМ2и включению
контактораКМ1и пересоединению в
результате этого обмотки статора со
схемы треугольник на схему двойная
звезда.

Остановка АД производится нажатием
кнопки SB3, после чего он отключается
от сети и схема возвращается в исходное
положение.

Применение двухцепных кнопок в схеме
позволяет осуществить блокировку от
одновременного срабатывания контакторов
КМ1иКМ2,КМЗиКМ4. Этой
же цели служат включенные в цепи катушек
этих контакторов размыкающие блокировочные
контактыКМ1,КМ2,КМЗ,КМ4.

4.5. РЕГУЛИРОВАНИЕ
КООРДИНАТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА В СИСТЕМЕ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ–ДВИГАТЕЛЬ

а)СхемавключенияихарактеристикиАД

Одним из возможных способов регулирования
координат АД является изменение
напряжения на выводах его статора, при
этом частота такого напряжения постоянна
и равна частоте сети переменного тока.
На рис. 4.13, априведена схема
электропривода при реализации этого
способа. Между выводами питающей сети
и статора АД включен преобразователь
напряжения, при использовании которого
может изменяться напряжение, подводимое
к статору АД.

Возможность
регулирования координат АД с помощью
изменения напряжения следует из анализа
формулы (4.7), согласно которой путем
регулирования фазного напряжения U_фможно изменять критический (максимальный)
момент АД и получать тем самым искусственные
характеристики. Критическое скольжение
АД и его синхронная скорость от напряжения
не зависят и остаются неизменными при
его регулировании.

На рис. 4.13, бприведены механические
характеристики АД при регулировании
напряжения на выводах его статора. Как
видно из этих графиков, получаемые
искусственные характеристики оказываются
малопригодными для целей регулирования
скорости, так как по мере уменьшения
напряжения резко снижаются критический
момент АД и его перегрузочная способность,
а диапазон регулирования скорости очень
мал.

По этим причинам разомкнутая схема рис
4.13, аможет использоваться лишь для
регулирования момента АД и его тока,
который в соответствии с формулой (4.1)
пропорционален напряжению статора. Для
регулирования скорости АД создаются
замкнутые системы, одна из которых
рассмотрена ниже.

б)Систематиристорныйпреобразователь–двигатель

Для регулирования напряжения на выводах
статора АД могут использоваться различные
устройства – автотрансформаторы,
магнитные усилители и тиристорные
преобразователи напряжения (ТПН).
Последний вид регуляторов напряжения
– ТПН получил в настоящее время наибольшее
распространение и серийно выпускается
промышленностью [41]. Определяется это
рядом достоинств ТПН. высоким КПД,
простотой в обслуживании, легкостью
автоматизации работы электропривода.

На рис 4.14, априведена силовая часть
схемы регулирования напряжения на
однофазной нагрузкеZ_н.
Если на тиристорыVS1иVS2не подаются
импульсы управления от СИФУ (на схеме
не показана), то они закрыты и напряжение
на нагрузкеU_нравно нулю. При подаче на тиристоры
импульсов управления в момент их
естественного открытия (угол управления=0) они будут полностью
открыты и к нагрузке будет приложено
все напряжение сетиU₁.
Если осуществлять подачу импульсов
управления на тиристоры с некоторой
задержкой относительно момента
естественного открытия (угол управления0), то к нагрузке
будет прикладываться часть напряжения
сети. Изменяя угол управленияот нуля до, можно
регулировать напряжение на нагрузке
от полного напряжения сети до нуля.

Существенно отметить, что форма напряжения
на нагрузке является несинусоидальной.
Несинусоидальное напряжение можно
представить как совокупность нескольких
синусоидальных напряжений, каждое из
которых изменяется с определенной
частотой. Из приведенных рассуждений
вытекает следующий вывод: кривую
напряжения на нагрузке при работе схемы
рис 4.14, аможно разложить на отдельные
составляющие, причем частота изменения
первой из них равна частоте питающего
напряжения, а частоты других составляющих
больше, чем первой. Указанная первая
составляющая называется 1-й или основной
гармоникой, а все другие составляющие
называются высшими гармониками. Обычно
1-я гармоника имеет наибольшую амплитуду
и по ней ведутся все основные расчеты.

Показанное на рис 4.14, асоединение
тиристоров называется встречно-параллельным.
Оно обеспечивает поочередную работу
каждого из тиристоров в течение одного
полупериода частоты сети. Такие пары
встречно-параллельно соединенных
тиристоров используются и для регулирования
напряжения трехфазного АД. Отметим, что
иногда вместо такой пары тиристоров
используется симметричный тиристор
(симистор), обеспечивающий такой же
принцип действия преобразователя
напряжения.

На рис. 4.14, бприведена практическая
схема управления АД с помощью ТПН,
состоящего из трех пар встречно-параллельно
соединенных тиристоров, каждая из
которых включена между фазой сети и
фазой статора АД. Регулирование напряжения
на АД в этой схеме осуществляется, как
и в схеме на рис. 4.14,а, изменением
угла управления, т. е. сдвигом во времени
управляющих импульсов, подаваемых на
управляющие электроды тиристоров.

Управляющие импульсы подаются на все
тиристоры не одновременно, а со сдвигом
во времени на третью часть периода
частоты сети. Это определяется тем, что
управляющий импульс каждого тиристора
должен быть сдвинут относительно
напряжения той фазы сети, к которой
подключен тиристор, на один и тот же
угол управления ,aфазные напряжения сети
сдвинуты относительно друг друга на
120°.

При изменении угла управления изменяется напряжение на фазах АД
аналогично тому, как это было рассмотрено
для однофазной цепи, а именно: при
увеличении углаамплитуда 1-й гармоники напряжения
уменьшается. На рис. 4.14,бприведены
механические характеристики АД, каждая
из которых соответствует одному значению
угла управления.
Эти характеристики аналогичны показанным
на рис. 4.13,б, соответствующим случаю
питания АД от идеального источника
изменяющегося синусоидального напряжения.

Возникающие на выходе ТПН высшие
гармоники напряжения оказывают
определенное влияние на работу АД. В
частности, каждая гармоника напряжения
определяет прохождение дополнительного
тока в обмотках АД, который вызывает
соответствующие дополнительные потери
в обмотках. Анализ показывает, что при
питании АД от ТПН по схеме рис. 4.14, бпотери на 10–20 % больше, чем при питании
АД от источника изменяющегося
синусоидального напряжения. Вместе с
тем следует отметить, что высшие гармоники
напряжения оказывают незначительное
влияние на момент АД.

Как уже отмечалось, характеристики,
приведенные на рис. 4.14, в, мало
удовлетворяют целям регулирования
скорости АД. Из графиков следует, что с
увеличением угла управленияснижается критический момент АД и падает
жесткость его механических характеристик.
Вследствие этого при возможных колебаниях
момента сопротивления механизмаМ_сскорость его движения может резко
измениться, что в большинстве случаев
недопустимо.

Действительно, пусть, например (рис.
4.14, в), момент сопротивления на валу
АД равенM_c1.
Если угол управленияравен 75°, то рабочая точка электропривода
находится в положении1. Предположим,
что по каким-то причинам увеличился
момент нагрузки на валу АД до значенияM_c2.
Двигатель при этом начнет замедляться
и в конечном итоге остановится, так как
его критический момент меньше момента
сопротивленияM_c2.
В то же время по условиям производственного
процесса допустимо уменьшение угловой
скорости только до значения₂.
Очевидно, что для выполнения этого
требования должен быть уменьшен уголдо 60°, при этом
момент АД увеличится и рабочая точка
электропривода переместится в положение2.

Высказанные соображения показывают,
что для получения благоприятных
механических характеристик АД,
управляемого с помощью ТПН, необходимо
регулировать угол в зависимости от изменения моментаМ_снагрузки. Такое регулирование можно
осуществить вручную, когда за работой
электропривода наблюдает оператор,
который при недопустимых колебаниях
скорости производственного механизма
регулирует положение определенной
рукоятки управления, изменяющей угол. Однако наиболее
просто и с лучшими результатами эти
функции могут выполнить системы
автоматического регулирования, которые
без участия человека обеспечивают
поддержание скорости АД на заданном
уровне.

Рассмотрим для примера принцип действия
широко распространенной системы
автоматического регулирования скорости
АД с контактными кольцами, в которой
используется обратная связь по скорости
АД. Принципиальная электрическая схема
этой системы показана на рис. 4.15, а.

Между выводами сети и статора АД включены
три пары встречно-параллельно соединенных
тиристоров: VS1,VS2,VS3,VS4,VS5,VS6. Управляющие
электроды тиристоров подсоединены к
выходам СИФУ, которая распределяет
управляющие импульсы на все тиристоры
и осуществляет их сдвиг в зависимости
от сигнала управленияU_у.
К валу АД подсоединен тахогенераторBR, ЭДСе_тгкоторого пропорциональна скорости,
где– коэффициент
пропорциональности. Электродвижущая
сила тахогенератора сравнивается с
задающим напряжениемU_з,с,
снимаемым с задающего потенциометраЗП, причем эти напряжения включены
навстречу друг другу. Разность напряженийU_з,сие_тг,
равная напряжению управления

(4.25)

поступает на
вход СИФУ.

Рассмотрим работу схемы на рис. 4.15, апри увеличении нагрузки на валу АД.
Пусть при скорости АД₁таким образом подобраны задающий сигналU_з,си сигнал
обратной связие_тг, что угол
управленияравен
75° (см. рис 4.14,в) Тогда при моменте
сопротивленияM_с1АД будет работать в точке1. При
увеличении нагрузки на валу АД до
значенияМ_с2скорость АД начнет
снижаться, соответственно начнет
уменьшаться и ЭДС тахогенераторае_тг~.
Уменьшениее_тгвызывает
согласно (4.25) увеличение напряжения
управленияU_y,
что определит уменьшение с помощью СИФУ
угла управления до значения=60°.
Двигатель при этом станет работать в
точке2на характеристике,
соответствующей=60°.
При этом угловая скорость₂будет меньше, чем₁,
однако путем соответствующего выбора
тахогенератора и параметров СИФУ можно
получить достаточно жесткие механические
характеристики, например характеристику
вида1–2, показанную на рис. 4.14,в.

Изменяя с помощью потенциометра ЗПзначение задающего напряженияU_з,с,
можно получить ряд механических
характеристик электропривода, показанных
на рис. 4.15,б. Из рис. 4.15,бследует,
что эти характеристики имеют относительно
высокую жесткость и перегрузочную
способность и позволяют обеспечить
большой диапазон регулирования скорости
АД.

Кроме регулирования скорости АД включение
тиристоров в цепь статора позволяет
осуществить изменение направления
скорости, т. е. реверс АД. На рис. 4.16, априведена реверсивная схема управления
АД, осуществляемая с помощью пяти пар
встречно-параллельно соединенных
тиристоров. Если сигналы управления
подать на тиристорные пары1,2и3, то на выводах АД будет питающее
напряжение с последовательностью фаз
сетиАВСи АД будет вращаться,
например, по часовой стрелке. Если же
сигналы управления подать на тиристорные
пары4,5и3, а с тиристорных
пар1и2снять сигналы управления,
то на выводах АД будет другая
последовательность фаз сети –ВАС;
при этом направление угловой скорости
магнитного поля и соответственно ротора
АД изменится на обратное.

Используя тиристоры реверсивного ТПН,
можно обеспечить подачу в цепь статора
постоянного тока и осуществить тем
самым режим динамического торможения
АД. На рис. 4.16, бпоказаны тиристоры,
на которые при осуществлении динамического
торможения подаются импульсы управления.
На остальные тиристоры управляющие
импульсы не подаются. Поэтому такие
тиристоры не влияют на работу схемы, и
их можно исключить из рассмотрения. На
рис. 4.16,бпредставлена схема,
составленная из схемы рис. 4.16,атаким образом, что закрытые тиристоры
не изображены. Из схемы рис. 4.16,бясно видно, что включенные тиристоры
образуют однофазный управляемый мост,
с помощью которого по двум обмоткам
статора АД проходит постоянный токI_п,
что и определяет режим динамического
торможения.

Из изложенного следует, что с помощью
ТПН можно осуществить пуск, реверсирование,
торможение и регулирование скорости,
тока и момента АД. Это говорит о больших
возможностях использования асинхронного
электропривода с ТПН и определяет
широкую область его приме нения.

Основными достоинствами рассматриваемой
системы электропривода являются ее
относительная простота, надежность,
легкость автоматизации в общей
технологической схеме производства,
удобство управления. Вместе с тем эта
система электропривода имеет существенный
недостаток, заключающийся в больших
потерях в обмотке ротора при работе на
низких скоростях. Действительно, согласно
(4.15) электрические потери в роторе при
низких скоростях и, следовательно,
больших скольжениях могут быть весьма
высокими, что уменьшает КПД электропривода.
Отмеченный недостаток не является очень
серьезным в том случае, когда время
работы АД на пониженной скорости мало
по сравнению со временем цикла его
работы. Для примера назовем механизм
передвижения (тележку) электрических
кранов, где пониженная скорость АД
используется для точной остановки
тележки с грузом. В этих случаях
рассматриваемая система электропривода
оказывается целесообразной.

Остановимся кратко на основных показателях
регулирования данной системы
электропривода.

Диапазон регулирования скорости при
использовании обратных связей, например
по скорости, относительно высок и
достигает десяти. При использовании
обратных связей могут быть получены
жесткие характеристики.

Экономичность регулирования зависит
от конкретных условий работы электропривода.
В частности, если время работы на
пониженной скорости невелико по сравнению
с временем цикла, то экономичность может
быть высокой.

Регулирование скорости АД в этой системе
плавное и производится только вниз от
естественной (основной) характеристики.

в)РасчетмеханическиххарактеристикАДприегопитанииотТПН

Механические характеристики АД при
питании его от ТПН могут быть рассчитаны
и построены на основании следующего
соотношения:

(4.26)

где М_гр– момент на граничной
характеристике при данном скольженииs, соответствующий
углу управления тиристоров=0;U₁–1-я
гармоническая составляющая напряжения
на выводах АД.

Если не учитывать активное сопротивление
ТПН, что в дальнейшем и принимается, то
граничная характеристика при R_д2=0
совпадает с естественной, а приR_д20
– с реостатной характеристиками АД.

Напряжение U₁зависит от угла управления тиристорамии так называемого
угла нагрузки,
который характеризует АД как
активно-индуктивную нагрузку ТПН и
определяется схемой замещения АД,

(4.27)

где x_д,вэ,R_дв– эквивалентные активное и индуктивное
сопротивления фазы двигателя по отношению
к выводам статорной обмотки;R₁– суммарное сопротивление фазы статора,– приведенное суммарное сопротивление
фазы ротора,x_– индуктивное сопротивление цепи
намагничивания.

Из (4.27) следует, что угол нагрузки зависит от скольженияs.
Графически типовая зависимость(s),
рассчитанная по (4.27), показана на рис.
4.17,а. На рис. 4.17,бпоказаны
зависимостиU₁оти,
которые аналитически не выражаются.

Порядок расчета механических характеристик
АД при его питании от ТПН состоит в
следующем. Задаются рядом значений
скольжения s. Для этих
значений по граничной характеристике
определяется моментМ_гр, а по
(4.27) – угол нагрузки.
Далее для заданного угла управленияи известным значениямпо кривым рис. 4.17,бопределяется
величинаU₁/U_1номи затем с помощью (4.26) находятся значения
момента двигателяМ.

В целом эти двигатели имеют жесткие механические характеристики,
повышенный пусковой момент и меньшую кратность пускового тока, чем двигатели с
короткозамкнутым ротором обычной конструкцией.

2.12. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

При работе многих механизмов, приводящихся во вращение
асинхронными двигателями, в соответствии с технологическими требованиями
возникает необходимость регулировать скорость вращения этих механизмов. Способы
регулирования частоты (скорости) вращения асинхронных двигателей раскрывает
соотношение:

.

Отсюда следует, что при заданной нагрузке на валу частоту
вращения ротора можно регулировать:

1. изменением скольжения;
2. изменением числа пар полюсов;
3. изменением частоты источника питания.

2.12.1. Изменение скольжения

Этот способ используют в приводе тех механизмов, где установлены
асинхронные двигатели с фазным ротором. Например, в приводе подъемно-транспортных
машин. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. Увеличение
активного сопротивления ротора не влияет на величину критического момента, но
увеличивает критическое скольжение (рис. 2.21).

На рис. 2.21 приведены механические характеристики асинхронного
двигателя при разных сопротивлениях регулировочного реостата R_р3>R_р2>0,
R_р1=0.

Рис. 2.21

Как следует из рис. 2.21 при этом способе можно получить большой
диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Основные
недостатки этого способа:

1. Из-за больших потерь на регулировочном реостате снижается
   коэффициент полезного действия, т.е. способ неэкономичный.
2. Механическая характеристика асинхронного двигателя с
   увеличением активного сопротивления ротора становится мягче, т.е.
   снижается устойчивость работы двигателя.
3. Невозможно плавно регулировать частоту вращения.

Из-за перечисленных недостатков этот способ применяют для
кратковременного снижения частоты вращения.

2.12.2. Изменение числа пар полюсов

Эти двигатели (многоскоростные) имеют более сложную обмотку
статора, позволяющую изменять ее число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор.
При работе асинхронного двигателя необходимо, чтобы обмотки ротора и статора
имели одинаковое число пар полюсов. Только короткозамкнутый ротор способен
автоматически приобретать то же число пар полюсов, что и поле статора.
Многоскоростные двигатели нашли широкое применение в приводе металлорежущих
станков. Нашли применение двух, трех и четырех скоростные двигатели.

На рис. 2.22 показана схема соединения и магнитное поле статора
двигателя при последовательном (б) и параллельном (а) соединении полуобмоток.

Рис. 2.22

У двухскоростного двигателя обмотка каждой фазы состоит из двух
полуобмоток. Включая их последовательно или параллельно можно в 2 раза изменять
число пар полюсов.

У четырехскоростного двигателя на статоре должно размещаться две
независимые обмотки с разным числом пар полюсов. Каждая из обмоток позволяет в
два раза изменять число пар полюсов. Например, у двигателя, работающего от сети
c частотой f=50 Гц, со следующими частотами вращения 3000/1500/1000/500
[об/мин] с помощью одной из обмоток статора можно получить частоту вращения
3000 об/мин и 1500 об/мин (при этом р=1 и р=2). С помощью другой из обмоток
можно получить частоту вращения 1000 об/мин и 500 об/мин (при этом р=3 и р=6)..

При переключении числа пар полюсов изменяется и магнитный поток в
зазоре, что приводит к изменению критического момента М_кр (рис. 2.23
б). Если при изменении числа пар полюсов одновременно изменять и подведенное
напряжение, то критический момент может остаться неизменным (рис. 2.23 а). Поэтому
при этом способе регулирования могут быть получены два вида семейства
механических характеристик (рис. 2.23).

Достоинства этого способа регулирования: сохранение жесткости
механических характеристик, высокий К.П.Д. Недостатки: ступенчатое регулирование,
большие габариты и большая стоимость двигателя.

Рис. 2.23

2.12.3. Изменение частоты источника питания

Уважаемый посетитель!

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Ссылка на скачивание — внизу страницы.

Определение числа пар полюсов в асинхронном электродвигателе активно реализуется, независимо от среды использования силовых агрегатов. Это помогает определять точное количество операций, для которых используется мотор и контролировать его ресурс. Обо всех особенностях мы напишем далее. 

Асинхронный силовой агрегат представляет собой устройство, основное назначение которого – преобразовывать электрическую энергию в механическую, которая и приводит в движение рабочие компоненты оборудования. При этом, частота оборотов статорного магнитного поля по умолчанию больше аналогичного показателя ротора. Интенсивность вращения вала такого силового агрегата напрямую определяется количеством полюсов медной намотки. Данный показатель является одним из важнейших, определяющих функционирование мотора. Далее в статье мы расскажем об определении точного числа точек у моторов с асинхронным вращением ротора и статора. 

Общие ведомости

  По сути, количество полюсов – это всегда четное число (из-за этого и проводится подсчет именно пар точек, а не отдельных элементов). В современных асинхронных электродвигателях реализуется два типа обмотки:

• сосредоточенная;
• распределенная.

Концентрированная обмотка подходит для бесщеточных двигателей. Вы можете легко изменить количество антиподов, изменив соединение катушек. Статор с шестью обмотками допускает два ключевых типа подсоединения. Один имеет месть на двух сторонах, второй – на четырех или восьми. Однако менять количество полюсов готового двигателя на четыре или восемь неразумно. Распределенная обмотка, которая часто используется для обеспечения 12 точек статора с девятью пазами, подходит для асинхронных двигателей. В таком случае количество  подбирается еще до начала запуска намотки мотора.

Хотя небольшие двигатели обычно имеют четыре антипода, двухполюсные двигатели также используются для высокоскоростных приложений, требующих 50 или 60 оборотов в секунду. До того, как были введены бесщеточные двигатели, когда-то использовалась методика изменения количества полюсов в асинхронных силовых агрегатах с короткозамкнутыми якорями. Основа метода предполагает изменение типа соединения сложных обмоток, которые нельзя классифицировать как распределенную катушку или концентрированную обмотку. Данный способ был попыткой разрешить работу на двух разных скоростях путем изменения синхронной скорости. Модели моторов витками такой разновидностью называют моторами с расщепленными сторонами. 

Полюса 

Статор электродвигателя имеет сразу несколько пар катушек (р), которые подключаются к сетевому напряжению с определенным показателем частоты (f). В статоре создается намагниченное поле, которое в процессе работы вращается синхронно. Его рабочая скорость полностью соответствует частоте сети питания и рассчитывается по формуле ns = 60ф/п. 

Это поле магнитного действия, вызывает напряжение в обойме ротора (которая представляет собой спрессованные листы, на которые нанесена медная или алюминиевая обмотка). Сгенерированный ток и поток магнитов вызывают вращения якоря. Если же ротор вращается с синхронной скоростью, он не будет вращаться по отношению поля, имеющего место в статоре. В якоре не будет индуцироваться напряжение, и сила, вращающая ротор, уменьшится. 

Поэтому вал асинхронных двигателей всегда вращается с асинхронной скоростью относительно оперативности статорного МП. Отличия между этими скоростными данными называются скольжением, которое обычно варьируется в диапазоне от 3 до 5%. 

Разница по сравнению с синхронной скоростью напрямую зависит от типа конструкции мотора, его эффективности. Далее мы все эти пункты рассмотрим подробнее.

Регулировка скорости работы мотора 

Многие задаются вопросом: — Для чего необходимо обладать информацией о количестве пар полюсов? Первое, что отличается удобством выполнения при помощи этих данных – это регулирование скорости вращений в асинхронном двигателе. 

В современных производственных отраслях применяется довольно широкий перечень промышленного оборудования, выполняющего определенные задачи. При этом, нет необходимости обеспечивать плавность регулировки скорости оборотов, достаточно обладать ограниченным перечнем скоростей (только самых важных, чаще всего используемых). К такого типа агрегатам относятся станки в металлообрабатывающей и деревообрабатывающей отраслях, лебедки в добывающих скважинах, центробежных разделителях и др. 

Лимитированное число рабочих скоростей оборотов с легкостью обеспечивается многоскоростными моторами короткозамкнутой конструкции (с экранированными полюсами). Здесь могут иметь место сразу две модификации такого оборудования:

• с одной статорной обмоткой, которая поддерживает функцию переключения, для реализации сразу разных пар полюсов;
• с  несколькими намотками стационарного компонента, которые располагаются в одних и тех же пазах.

Взаимодействие роторной МДС со статорным элементом, реализуется только в ситуациях полного соблюдения равенства в количествах обмоточных пар этих двух компонентов. Именно поэтому, меняя количество полюсных пар на статоре, нужно обязательно поменять их и в роторе. 

Если же имеет место асинхронный агрегат с якорем фазного типа, то для того, чтобы выполнить данное условие, необходимо иметь в наличии вспомогательных колец контактов. Эта особенность способствует увеличению внешних габаритов конструкции и, следственно стоимость. 

Якорь короткозамкнутого регулирования с намоткой типа «беличья клетка» имеет в арсенале возможность автоматического генерирования набора пар, который будет равным такому же перечню, но уже со статорной движущей силой. Это качество обусловливает применение якорей  коротких замкнутых в асинхронных моторах, работающих со многими скоростями.  

Многоскоростные силовые агрегаты сразу с большим количеством катушек на статоре, уступают моделям с единой намоткой. Это выражается в бюджетном и технологическом плане. Устройства с множеством катушек слабо используют статорную обмотку, демонстрируют нерациональное использование пазов. Коэффициент полезного действия и cos ϕ на порядок ниже оптимальных показателей. 

Эта важная особенность обусловливает то, что все чаще в производственной отрасли применяются электрические двигатели многоскоростного действия на 1 обмотку. Это выгодно, ведь агрегаты поддерживают переключение сразу на разный объем пар. 

По сути, посредством переключения направленности движения токов в сфере намоток, параллельно меняют и способ работы с магнитодвижущими силами в середине статорной расточки. В результате получится измененная скорость оборотов МДС и, исходя из этого – непосредственно потока. Чаще всего применяется переключение в пропорции 1 к 2. Из этого следует, что намотки каждой из фаз создаются в форме двух сфер. Смена направления движения токов в какой-то из них дает возможность получать требуемое изменение объема полюсности вдвое. 

Для большей информативности, давайте приведем пример таких действий на двигателе, который переключается на 8 точек и 4.

Для более простого восприятия, мы взяли изображение намотки всего одной фазы, конструкция которой включает две секции.

Если реализовывать поочередное подсоединение секций – при подключении окончания первой (1К) со стартом другой (2Н), то в результате у нас будет 4 пары точек иле же просто 8 полюсов. Когда провести замену направленности перемещения тока в другой области на обратную, тогда количество полюсов, которые генерируются намоткой, уменьшится вдвое. Какие-либо вариации тока в среде 2Н можно провести посредством разрывания перемычки между секциями 1К и 2К. Число сгенерированных полюсов станет в 2 раза меньше,  что информативно продемонстрировано на изображении Б. 

Такая смена числа полюсов получается в результате изменения направленности электрического тока в секции №2, посредством применения слаженного запуска с первой. Это указано на изображении В. Здесь, также, как и в ранее описанной ситуации, намотка создает 4 полюса, что полностью отвечает вдвое большим показателям оборотов электрического агрегата. 

Когда мы осуществляем сопоставление двух намоток в многоскоростных машинах, стоит преимущественно использовать те схемы, которые обеспечивают в процессе работы  требуемый характер зависимостей показателей. К последним относятся момент, допустимый по нагреву от скорости. Схемы кроме всего прочего должны иметь самое малое количество выводов и контактных элементов. 

Группирование соединений 

    Опять таки для лучшего удобства, давайте введем критерий, с помощью которого можно будет легко и просто относить обмоточные соединения к определенной группе. Момент, который развивает электромотор с короткозамкнутым якорем рассчитывается по такой формуле:

Условные обозначения:

• p – точное число полюсных пар в статорной намотке;
• N2 – точное количество стержней катушки якоря при реализации типа «беличья клетка»;
• I2 – уровень тока роторного стержня;
• Ψ2 – угол сдвигания тока векторного типа, по отношению к электродвижущей силе ротора;
• Ф – поток магнитного действия одной полюсной пары. 

Исходя из условий нагревания ротора (если пренебрегаются условия вентилирования), ток (I2), работая с несколькими парами полюсов, должен всегда находиться на одном уровне. Косинус угла Ψ2 от холостого хода и до номинального момента должен быть максимально приближенным к показателю 1. 

При тщательном соблюдении всех этих условий момент машины выражается таким равенством:

М = с1*Фр. (1)

Показатель С1 в свою очередь выражается другой понятной формулой:

Справедливости ради укажем формулу расчета электромагнитного момента, который измеряется в джоулях. (2)

Приравняв два уравнения (1) и (2) мы получим такое значение Р, которое будет равняться 314 С1Ф.

Показатель мощности электромагнетизма силового агрегата при любом объеме полюсных обмотки статора, вычисляется при помощи соотношения напряжения элемента по фазам к количеству витков, которые находятся в фазной намотке и соединены последовательным способом. 

Применяя данную особенность, можно с высокой долей точности проанализировать все описанные ранее методы переключения количества пар у полюсов. Давайте же посмотрим на изображения, в которых отображаются все ключевые случаи переключений с большого количества полюсных пар на меньшие. В нашей примерной ситуации это 8 полюсов на четыре. 

Как можно видеть на схеме из рисунка А – все две секции являются обтекаемыми токами, движущимися в одном направлении. Все они полностью соответствуют высокому числу пар полюсов. В правой схеме (на рисунке Б) мы имеем встречное направление токов, благодаря чему можно судить о меньшем количестве пар полюсных пар. 

Во всех этих случаях количество подключенных последовательным способом витков на обмотках 1 фазы остается на стабильном уровне. К ним дополнительно прилагается фазное напряжение, также на стабильно одинаковом уровне.  

Исходя из всего вышеперечисленного, соотношение показателей мощностей в обоих случаях равняется 1, что указывает на работу со стабильным значением мощности (схематически – Р = константа).  В этой ситуации для того, чтобы сохранить мощность на постоянном уровне, при изменении скорости на увеличенную вдвое, необходимо изменить показатель момента в обратной направленности его скорости. 

Схематическое изображение переключения полюсов статорных катушек в пропорции 1:2

Как можно видеть на графиках, подключение параллельного типа обмоточных секций позволяет изменять направление подачи тока в каждой из реализованных сфер. Данное значение отвечает за уменьшение числа пар. Вместе с этим, намотка создает сразу 2 звезды симметричного расположения, которые включаются на линейное напряжение. Применяя этот критерий, можно заметить, что когда осуществляется переход на увеличенную скорость оборотов, значение мощности увеличивается вдвое:

Данные показатели полностью соответствуют утверждению М  = константа.

Условное сравнение схем

Если проводит сравнительный анализ всех вышеописанных схем по отношению к требуемому количеству выходов и контактных элементов на управленческий аппарат, можно заметить несколько особенностей:

• при подключении при помощи принципиальной схемы, необходимо иметь как минимум 9 выводов и 12 контактов;
• схема переключения при подсоединениях секций, дает возможность уменьшать число выходов до шести, а контактных деталей до восьми.

Представленные схемы указывают, что на 2-х скоростях соединения намоток были использованы «звезды» параллельного или последовательного типа. Если возникает необходимость внести изменения в напряжение, которое поступает на однофазную намотку, следует использовать сопряжение катушек с применением схемы обыкновенного или сдвоенного треугольника. В отдельных ситуациях можно даже комбинировать способы звезда – треугольник. При выборе последнего варианта все 3 секции намоток создают треугольник, а остальные 3 —  соединяются с вершинами фигуры, создавая «лучи» типа «звезда». 

Такие соединения активно применяются в приводах разнотипного оборудования, например, в прочных режущих станках. Также нередко модели используются в ситуациях, когда есть необходимость осуществить поочередное подключение треугольной схемой на 2 звезды, применяя параллельную компоновку. 

Когда машина функционирует на малых вращениях, 2 секции каждой отдельной фазы, подключенные последовательным способом, создают линии треугольника, на углы которого осуществляется бесперебойная подача питания. В таком случае все сферы фазовой намотки окружаются током с одинаковыми показателями, что полностью совмещается с большим количеством пар. 

С целью получения больших скоростных значений верха треугольника, который получился путем обмотки фаз, необходимо замкнуть коротко, а кабели подачи питания перенести в усредненные точки подключения обмоточных секций для каждой отдельной фазы. Исходя из этого, будут иметь место 2 звезды, подключенные параллельно. 

Перед тем, как начать своими руками изготавливать обмотки, стоит знать, что процесс создания многоскоростных однообмоточных решений на порядок сложнее, чем двухобмоточных. То, сколько полюсов необходимо реализовывать в моторе, определяет скорость и интенсивность вращения вала силового агрегата и, как следствие – его общую продуктивность. 

Определение точного количества 

Выше мы уже описали, как проводить регулировку скоростных показателей, используя число пар полюсов двигателя. А как самостоятельно определить точное количество данных пар? 

Скорость оборотов мотора асинхронного типа в большинстве ситуаций интерпретируется как угловая частота оборотов его ротора. Как правило, точное значение показателя указывается на технической табличке, устанавливаемой сбоку на корпусе двигателя. Выражается показатель в оборотах за 1 минуту. 

Трехфазные силовые агрегаты поддерживают возможность электропитания и от сетей с одной рабочей фазой, но для реализации такой идеи нужно подсоединить конденсатор. Осуществить это стоит не просто, а одновременно одной или нескольким его намоткам, ориентируясь на уровень напряжения сети питания. Принципиально на конструкцию двигателя это не повлияет. 

Если в процессе работы ротор, находясь под нагрузкой за 1 минуту вращается 2760 раз, то его угловая частота будет равняться 289 радиан в секунду. Рассчитать это довольно просто:

2760 * 2пи/60рад.

Получившийся показатель является более техническим, неудобным для восприятия рядовым пользователем. Именно поэтому, рабочие показатели мотора указывают просто и понятно — в оборотах за одну минуту. 

Уровень слаженной скорости такого мотора (без учета такого важного значения, как скольжение) равняется 3000 вращений. Это обусловливается тем, что питание стартерных намоток сети обладает частотой в 50 Герц. Каждую рабочую секунду магнитный поток  будет осуществлять 50 полноценных перемен. Исходя из этого – 50*60 = 3 тыс. Результативный показатель – синхронная скорость работы электрического двигателя асинхронного типа. 

Далее мы рассмотрим о другом методе определения уровня скорости оборотов условного трехфазного агрегата, проведя визуальный осмотр статора. Оценивая внешний вид стационарной детали, расположение медных намоток и точное число пазов, возможно с легкость точно определить количество оборотов мотора. Особенно такая возможность полезна, если в наличии нет такого измерительного устройства, как тахометр. 

3000 оборотов

  В современной электронике указывается, что каждая определенная модель электродвигателя исходя из типа своей конструкции, имеет 1 – 4 пары полюсов. 

Минимальный показатель – 1 пара, и, как следует — 2 полюса. На картинке видно, что статор включает по 2 намотки, которые по отдельности вложены в свой отдельный паз и поочередно подключена на всех фазах. Для каждой пары обмоток все они располагаются друг напротив друга. Они и образовывают по отдельной паре на стационарном элементе двигателя (статоре). 

Единая фаза для большей наглядности красная, вторая – зеленого цвета, а третья – черная. Все они устроены конструктивно одинаково. Питание данных намоток осуществляется последовательно, исходя из чего, за 1 удар (из 50 максимально возможных) магнитная череда совершит одно вращение по кругу (следовательно на 360˚). 1 оборот совершается за 1/50 долю секунды, а исходя из этого – 50 вращений осуществится за 1 сек. А 50 умножить на 60 и выйдет 3000 об./мин, о чем уже писали ранее. 

Нетрудно догадаться, что для точного подсчета количества синхронных вращений силовго агрегата, достаточно подсчитать пары полюсов мотора. Это осуществляется достаточно просто – открыванием крышки и оценкой статора. 

В целом, сумму статорных пазов необходимо поделить на разъемы, которые относятся к каждой отдельной секции намотки одной из выбранных фаз. Если в результате расчетов получается 2, тогда двигатель включает 2 полюса, то есть число пар – одна. Исходя из этого, частота синхронных вращений составляет 3 тысячи за 1 минуту, но, учитывая скольжение, этот показатель становится 2910 об/мин. Самая простая модификация имеет 12 пазов, для каждой катушки по шесть разъемов. Таких намоток также 6 – по 2 на каждую отдельную из имеющихся тех фаз. 

Необходимо в процессе реализации также учитывать, что точное число катушек в единой группе для каждой пары не во всех ситуациях должно равняться единице, допустимые значения также 2 и 3. Для простоты восприятия мы указали именно этот, наипростейший вариант. 

Рассмотрим же более простые вариации с меньшими мощностями, которые также активно применяются.

1,5 тысячи вращений

Как показывает практика, для достижения показателей скорости в 1500 оборотов за 1 минуту, необходимо увеличить в 2 раза число полюсов у статора. Это реализуется с целью, чтобы обеспечить за 1 удар из пяти десятков, поток магнитов произвел всего половину оборота, то есть на угол 180˚. 

Первое, что реализовывают – это обеспечивают по 4 секции намоток. Исходя из этого, если одна медная катушка располагается на 1/25 от всех пазов, то можно уверенно говорить, что имеется дело с мотором на две пары полюсов. Образовываются такие пары при помощи 4-х катушек на каждую фазу. 

Есть еще одна распространенная ситуация, при которой 6 разъемов и 24 принимают одну намотку (12 из 48), что также свидетельствует о том, что силовой агрегат имеет 1500 оборотов за 1 минуту. А если учитывать S – скольжение, то реальный уровень будет 1350 об/мин. 

1000 вращений

Чтобы имела место этот уровень частоты вращений, нужно, чтобы все фазы по отдельности образовывали готовые 3 пары точек. То есть, за один удар на 50 Герц поток должен развернуться на 120˚ и далее повернуть якорь аналогичным образом. 

Представим ситуацию, при которой мы имеем допустимое количество катушек – 18, которые при этом смонтированы на статоре и каждая отдельная эта деталь занимает 1/6 от общего числа всех пазов. Если число разъемов составляет 24, то каждая намотка занимает всего 4 из общего количества. Учитывая скольжение, можно утверждать, что оборотов за 60 сек. будет 935.

750 об/мин

  Для того, чтобы получить показатель синхронной мощности на этом уровне, нужно одновременное формирование тремя статорными фазами четырех пар передвигающихся полюсов. Это означает, что каждая фаза включает 8 катушек, размещаемых напротив, итого – 8 полюсов. 

Если конструкция включает 48 разъемов, тогда придется размещать по намотке на отдельный паз. Это – ключевой параметр мотора с рабочими вращениями 750 за минуту, а при учете скольжения – 730. 

500 оборотов

Чтобы получить силовой агрегат асинхронного типа с самым малым показателем мощности в 500 об/мин. С этой целью нужно иметь 6 полюсных пар, всего 12 катушек на 1 фазу. Это обеспечивает поворот магнитного потока на угол 60˚. Если конструкция статора включает 36 разъемов, на каждую намотку полагается 4 паза. Именно эти признаки напрямую указывают на асинхронный мотор с 500 вращениями за минуту. С учетом проскальзывания показатель составляет 480 об./мин. – реальное значение вращения.

Вывод 

Порядок синхронных частот для силовых агрегатов асинхронного действия устанавливается и регулируется ГОСТом 10683-73. Согласно ему, количество оборотов мотора классифицируется на вышеописанные значения. Полюса напрямую определяют эту величину, поэтому, выбор машины стоит осуществлять, ориентируясь на точки управляющего прибора.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением числа полюсов в обмотке статора обеспечивается благодаря изменению частоты вращения магнитного поля статора. Как следует из формулы (3), при неизменной частоте питающей сети частота вращения магнитного поля и определяемая ею частота вращения ротора изменяются обратно пропорционально числу полюсов. Так как число полюсов, фиксированное ступенями, может быть равно 2, 4, 6, 8, 10 и т. д., что при частоте питающей сети, равной 50 Гц, соответствует синхронной частоте вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин и т. д., то указанным способом может быть обеспечено только ступенчатое регулирование.

Изменение числа пар полюсов обычно достигается следующими способами:

1. На статоре двигателя укладываются две электрически не связанные между собой обмотки, имеющие разное число пар полюсов, например р₁ и р₂. При подключении одной из обмоток к сети переменного тока, например, с числом полюсов р₂
асинхронный двигатель будет иметь синхронную частоту вращения, соответствующую данному числу полюсов (рис. 27, а):

Другая обмотка при этом обесточена. При необходимости получения другой частоты вращения n₁ обмотка с числом полюсов р₂ отключается и включается с числом полюсов р₁. Такие асинхронные двигатели получили название двухобмоточных.

2. На статоре укладывается одна обмотка, допускающая переключение на разное число полюсов. Наиболее широко распространены две схемы переключения статорной обмотки двухскоростных двигателей: с треугольника на двойную звезду Д/УУ и со звезды на двойную звезду У/УУ (звезду с двумя параллельными ветвями).

Схемы соединения обмоток Д/УУ применяются для получения примерно одинакового вращающего момента при обеих частотах вращения (рис. 27,а). Такие схемы применяются, например, у асинхронных двигателей привода компрессоров, металлорежущих станков и др. Схемы соединения обмоток У/УУ используются для приводов вентиляторов (рис. 27, б).

Рис. 27. Механические характеристики при регулировании частоты вращения асинхронных двигателей изменением числа пар полюсов при переключении статорной обмотки: а — треугольник (число пар полюсов p=p1) — двойная звезда (р=р2); б — звезда (p=р1) — двойная звезда (р=р2)

Кроме рассмотренных вариантов двухскоростных асинхронных двигателей нашли применение трехскоростные и четырехскоростные двигатели. В трехскоростных двигателях размещаются одна переключаемая и одна непереключаемая обмотка, а в четырехскоростных — две переключаемые обмотки, позволяющие получить четыре синхронные частоты вращения, например 3000/1500/1000/500 об/мин.

Двигатели с переключением числа пар полюсов, как правило, имеют короткозамкнутый ротор с обмоткой типа беличьей клетки. Такой ротор обеспечивает возможность работы без дополнительных пересоединений в его цепи. В случае фазного ротора в многоскоростных двигателях потребовалось бы производить переключения одновременно на статоре и роторе, что усложнило бы конструкцию ротора и эксплуатацию таких машин.

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором могут иметь ряд специфических ненормальностей из-за неправильного соотношения числа пазов статора z₁, ротора z₂ и числа полюсов 2р.

Ненормальности заключаются в том, что двигатель может «прилипать», т. е. не приходить во вращение при подключении к сети, или «застревать», т. е., начав вращаться, останавливаться при некоторой частоте вращения, или при вращении сильно гудеть.

Во избежание указанных явлений должны быть выдержаны следующие соотношения:

где k — любое целое число от одного до четырех.

Здесь же следует заметить, что изменение числа полюсов может иметь место не только при регулировании частоты вращения асинхронного двигателя способом изменения его полюсности, но и при ремонте, связанном с изменением номинальной частоты вращения.

К положительным показателям многоскоростных асинхронных двигателей следует отнести экономичность и относительно большой диапазон регулирования частоты вращения ротора. Недостатком данного способа регулирования является указанная выше невозможность плавного изменения частоты вращения.

Как отмечалось, в рамках единой общепромышленной серии асинхронных двигателей 4А выпускается модификация многоскоростных двигателей, предназначенных для работы на двух, трех или четырех скоростях.

Однообмоточные двигатели выпускаются на следующие соотношения частот вращения: 1500/3000, 750/1500, 1000/1500, 750/1000, 500/1000 об/мин. Двухобмоточные (трехскоростные) имеют соотношения 1000/1500/3000, 750/1500/3000, 750/1000/1500 об/мин, двухобмоточные (четырехскоростные) —750/1000/1500/3000, 500/750/1000/1500 об/мин.

В обозначении многоскоростных двигателей приводят все числа полюсов, на которые переключаются обмотки. Например, четырехскоростной асинхронный двигатель на 500/750/1000/1500 об/мин (2р= 12/8/6/4) обозначается 4А200М12/8/6/4УЗ.