Многоскоростной двигатель, схема Даландера или треугольник-двойная звезда
В те времена, когда преобразователи частоты для асинхронных двигателей были роскошью, в промышленном оборудовании в случае необходимости применялись различные способы регулирования скорости, в том числе и решения попроще - применялись двухскоростные (многоскоростные) асинхронные двигатели. Если вдруг инженер-электроприводчик сталкивается с многоскоростным двигателем, бывает по незнанию попадает «впросак» решай вопросы, будь то схема подключения или возможность работы двигателя с преобразователем частоты, какую обмотку использовать для подключения АД к ПЧ итп, когда до этого не приходилось иметь дел с подобными АД.
Для начала разберемся, что за принцип заложен в многоскоростных АД. Скорость вращения асинхронного электродвигателя определяется по следующей формуле: 𝑛 = 60×𝑓× (1 − 𝑠)/p, где n –скорость вращения вала двигателя, в оборотах в минуту, f – частота переменного тока, p – количество полюсов на фазную обмотку, s – скольжение. Из этой формулы следует, что регулировать скорость вращения возможно путем изменения частоты питающего напряжения, уменьшением напряжения питания вниз от номинального (увеличивает скольжение и как следствие уменьшает скорость вращения) или путем изменения количества пар полюсов. Метод понижения напряжения питания не является оптимальным, так как он обладает низкой эффективностью и скорость вращения остается близкой к номинальной, частотник сильно удорожает решение, поэтому многоскоростные АД нашли свою нишу, например на той же лебедке или иных ГПМ, где требуется две скорости.
Первый такой электродвигатель был запатентован в 1897 году Робертом Даланером (Dahlander) и Карлом Линдстремом. В этом электродвигателе статорная обмотка имела конструкцию, позволяющую переключением схемы соединения обмоток изменять количество пар полюсов в два раза. Двухскоростные двигатели с одной обмоткой имеют конструкцию, которая называется последовательным полюсом. Эти двигатели намотаны на одну скорость, но при повторном подключении обмотки количество магнитных полюсов в статоре удваивается, а скорость двигателя снижается до половины первоначальной скорости.
Но это не единственный тип двухскоростных двигателей, есть еще вариант с двумя обмотками выполнен таким образом, что на самом деле это два двигателя, намотанных на один статор. Одна обмотка, когда она находится под напряжением, дает одну из скоростей, вторая обмотка при этом бездействует. Когда вторая обмотка находится под напряжением, двигатель набирает скорость, которая определяется второй обмоткой.
Двухскоростной двигатель с одной обмоткой по своей природе более экономичен в производстве, чем двухскоростной двигатель с двумя обмотками. Это связано с тем, что для обеих скоростей используется одна и та же обмотка, и пазы, в которые помещаются проводники внутри двигателя, не должны быть почти такими же большими, как они должны были бы быть для размещения двух отдельных обмоток, которые работают независимо. Таким образом, размер рамки на двухскоростном однообмоточном двигателе обычно может быть меньше, чем на эквивалентном двухобмоточном двигателе. Плюс всегда есть риск поражения ЭДС, наведенным в неподключенной обмотке.
Клеммные болты панелей и вывода статорных обмоток имеют маркировку в соответствии с ГОСТ. Контакты промаркированы литерой (буквенным символом), каждому присвоено цифровое и буквенное обозначение.
Пример : старое обозначение С1, С2, С3 – начала обмоток, С4, С5, С6 – конец обмоток. Сейчас в основном применяется новая маркировка выводов по ГОСТу 26772-85 (26772 (МЭК 60034-8).) : U1, V1, W1 - начала обмоток, U2, V2, W2 – конец обмоток.
Касаемо двухобмоточных двигателей чаще всего выведено 9 концов, как мы видим на фото ниже, судя по схеме соединения у обмоток одной фазы есть общая точка (действительно зачем выводить 12 концов?), при этом на данном фото соединение обмоток идет по схеме звезда, подключение производится либо на левые три свободных конца, либо на три правых. Данный тип двигателей без проблем адаптируется хоть под плавный пуск (листаем слайды), хоть под ПЧ, нужно только выбрать оптимальную по скорости и моменту обмотку и не забыть про то, что на второй обмотке при работе АД будет индуцироваться ЭДС.
Этот двухскоростной асинхронный двигатель без проблем можно подключить к однофазной сети через ПЧ (речь про ПЧ, которые выдают три фазы по 220В), то есть перевести схему из звезды в треугольник, но внимание!!! только для одной обмотки, вторую трогать не нужно, тк переведя в треугольник вторую обмотку мы ее как бы подключим к той же сети, на что производитель двигателя вовсе не рассчитывал.
Есть конечно «колхозные» ПЧ, которые переводят 220В однофазного питания в 380В трехфазного, но в силу их отсутствия в промышленном варианте исполнения не рекомендую их использование.
Схема же перехода от 220 к 380В проста, в ПЧ который рассчитан на обычное трехфазное питания закладывается проводник, который припаивается к общей точке конденсаторов звена постоянного тока, а три фазных «входа» соединяются в один (старая добрая схема переключения из блоков питания 110В/220В). Только осталось решить проблему с плавным зарядом конденсаторов (в схеме ПЧ этот участок находится только в одной из ветвей шины DC, а у нас обе рабочие) и подобрать такую модель, где диодный мост не сгорит от приложенных токов, а конденсаторы обеспечат необходимые пульсации (вот почему берется ПЧ мощностью 5,5кВт для нагрузки меньшей по номиналу). Инфу можете поискать по запросу «удвоитель напряжения на трехфазном диодном мосту и конденсаторах».
Касаемо схемы Даламбера, для начала надо понять, как же там соединены обмотки, самая типичная схема это треугольник-двойная звезда (Смотрим слайды, что не успели понять на одном, с другого ракурса рассмотрено на другом).
Как мы видим, проблем с подключением такого двигателя тоже нет, если надо подцепить стационарно, то выбирается схема согласно рисунку ниже, либо на контакторах, тогда глядим схему выше. Подключение как к ПЧ, так и к УПП производится аналогично подключению к сети, при подключении к ПЧ выбирается оптимальная по показателям схема (обычно с высокой скоростью).
Проблемы могут быть, если нужно подключить двухскоростной асинхронный двигатель к однофазной сети через ПЧ, на выходе которого 220В, то есть как бы перевести схему из звезды в треугольник, тк данный двигатель трехфазного переменного тока рассчитан на работу при одном значении напряжения, то вариантов его перевода в треугольник я лично не вижу - слишком мало концов выведено и внутреннее соединение не позволяет перевести схему условно в треугольник с питанием 220В только лишь с доступом к клеммной коробке/БРНО (блок расключения начал обмоток).