Характеристика электродвигателя: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Однофазный асинхронный электродвигатель

Дмитрий Левкин

Однофазный асинхронный электродвигатель — это асинхронный электродвигатель, который работает от электрической сети однофазного переменного тока без использования частотного преобразователя и который в основном режиме работы (после пуска) использует только одну обмотку (фазу) статора.

Конструкция однофазного двигателя с вспомогательной или пусковой обмоткой

Основными компонентами любого электродвигателя являются ротор и статор. Ротор — вращающаяся часть электродвигателя, статор — неподвижная часть электродвигателя, с помощью которого создается магнитное поле для вращения ротора.

Основные части однофазного двигателя: ротор и статор

Статор имеет две обмотки, расположенные под углом 90° относительно друг друга. Основная обмотка называется главной (рабочей) и обычно занимает 2/3 пазов сердечника статора, другая обмотка называется вспомогательной (пусковой) и обычно занимает 1/3 пазов статора.

Двигатель фактически является двухфазным, но так как рабочей является только одна обмотка, электродвигатель называют однофазным.

Ротор обычно представляет из себя короткозамкнутую обмотку, также из-за схожести называемой «беличьей клеткой». Медные или алюминиевые стержни которого с торцов замкнуты кольцами, а пространство между стержнями чаще всего заливается сплавом алюминия. Так же ротор однофазного двигателя может быть выполнен в виде полого немагнитного или полого ферромагнитного цилиндра.

Однофазный двигатель с вспомогательной обмоткой имеет 2 обмотки расположенные перпендикулярно относительно друг друга

Принцип работы однофазного асинхронного двигателя

Для того чтобы лучше понять работу однофазного асинхронного двигателя, давайте рассмотрим его только с одним витком в главной и вспомогательной обмотки.

Проанализируем случай с двумя обмотками имеющими по оному витку

Рассмотрим случай когда в вспомогательной обмотки не течет ток. При включении главной обмотки статора в сеть, переменный ток, проходя по обмотке, создает пульсирующее магнитное поле, неподвижное в пространстве, но изменяющееся от +Ф

mах до -Ф_mах.

Запустить

Остановить

Пульсирующее магнитное поле

Если поместить ротор, имеющий начальное вращение, в пульсирующее магнитное поле, то он будет продолжать вращаться в том же направлении.

Чтобы понять принцип действия однофазного асинхронного двигателя разложим пульсирующее магнитное поле на два одинаковых круговых поля, имеющих амплитуду равную Ф_mах/2 и вращающихся в противоположные стороны с одинаковой частотой:

где n_пр – частота вращения магнитного поля в прямом направлении, об/мин,
n_обр – частота вращения магнитного поля в обратном направлении, об/мин,
f₁ – частота тока статора, Гц,
p – количество пар полюсов,
n₁ – скорость вращения магнитного потока, об/мин

Запустить

Остановить

Разложение пульсирующего магнитного потока на два вращающихся

Действие пульсирующего поля на вращающийся ротор

Рассмотрим случай когда ротор, находящийся в пульсирующем магнитном потоке, имеет начальное вращение. Например, мы вручную раскрутили вал однофазного двигателя, одна обмотка которого подключена к сети переменного тока. В этом случае при определенных условиях двигатель будет продолжать развивать вращающий момент, так как скольжение его ротора относительно прямого и обратного магнитного потока будет неодинаковым.

Будем считать, что прямой магнитный поток Ф_пр, вращается в направлении вращения ротора, а обратный магнитный поток Ф_обр — в противоположном направлении. Так как, частота вращения ротора n

2 меньше частоты вращения магнитного потока n₁, скольжение ротора относительно потока Ф_пр будет:

где s_пр – скольжение ротора относительно прямого магнитного потока,
n₂ – частота вращения ротора, об/мин,
s – скольжение асинхронного двигателя

Прямой и обратный вращающиеся магнитные потоки вместо пульсирующего магнитного потока

Магнитный поток Ф_обр вращается встречно ротору, частота вращения ротора n₂ относительно этого потока отрицательна, а скольжение ротора относительно Ф_обр

где s_обр – скольжение ротора относительно обратного магнитного потока

Запустить

Остановить

Вращающееся магнитное поле пронизывающее ротор

Ток индуцируемый в роторе переменным магнитным полем

Согласно закону электромагнитной индукции прямой Ф_пр и обратный Ф_обр магнитные потоки, создаваемые обмоткой статора, наводят в обмотке ротора ЭДС, которые соответственно создают в короткозамкнутом роторе токи I_2пр и I_2обр. При этом частота тока в роторе пропорциональна скольжению, следовательно:

где f_2пр – частота тока I_2пр наводимого прямым магнитным потоком, Гц

где f_2обр – частота тока I_2обр наводимого обратным магнитным потоком, Гц

Таким образом, при вращающемся роторе, электрический ток I_2обр, наводимый обратным магнитным полем в обмотке ротора, имеет частоту f_2обр, намного превышающую частоту f

2пр тока ротора I_2пр, наведенного прямым полем.

Пример: для однофазного асинхронного двигателя, работающего от сети с частотой f₁ = 50 Гц при n₁ = 1500 и n₂ = 1440 об/мин,

скольжение ротора относительно прямого магнитного потока s_пр = 0,04;
частота тока наводимого прямым магнитным потоком f_2пр = 2 Гц;
скольжение ротора относительно обратного магнитного потока s_обр = 1,96;
частота тока наводимого обратным магнитным потоком f_2обр = 98 Гц

Согласно закону Ампера, в результате взаимодействия электрического тока I_2пр с магнитным полем Ф_пр возникает вращающий момент

где M_пр – магнитный момент создаваемый прямым магнитным потоком, Н∙м,
с_M — постоянный коэффициент, определяемый конструкцией двигателя

Электрический ток I_2обр

, взаимодействуя с магнитным полем Ф_обр, создает тормозящий момент М_обр, направленный против вращения ротора, то есть встречно моменту М_пр:

где M_обр – магнитный момент создаваемый обратным магнитным потоком, Н∙м

Результирующий вращающий момент, действующий на ротор однофазного асинхронного двигателя,

Справка: В следствие того, что во вращающемся роторе прямым и обратным магнитным полем будет наводиться ток разной частоты, моменты сил действующие на ротор в разных направлениях будут не равны. Поэтому ротор будет продолжать вращаться в пульсирующем магнитном поле в том направлении в котором он имел начальное вращение.

Тормозящее действие обратного поля

При работе однофазного двигателя в пределах номинальной нагрузки, то есть при небольших значениях скольжения s = s_пр, крутящий момент создается в основном за счет момента М_пр. Тормозящее действие момента обратного поля М

обр — незначительно. Это связано с тем, что частота f_2обр много больше частоты f_2пр, следовательно, индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора х_2обр = x₂s_обр току I_2обр намного больше его активного сопротивления. Поэтому ток I_2обр, имеющий большую индуктивную составляющую, оказывает сильное размагничивающее действие на обратный магнитный поток Ф_обр, значительно ослабляя его.

где r₂ — активное сопротивление стержней ротора, Ом,
x_2обр — реактивное сопротивление стержней ротора, Ом.

Если учесть, что коэффициент мощности невелик, то станет, ясно, почему М_обр в режиме нагрузки двигателя не оказывает значительного тормозящего действия на ротор однофазного двигателя.

С помощью одной фазы нельзя запустить ротор

Ротор имеющий начальное вращение будет продолжать вращаться в поле создаваемом однофазным статором

Действие пульсирующего поля на неподвижный ротор

При неподвижном роторе (n₂ = 0) скольжение s_пр = s_обр = 1 и М_пр = М_обр, поэтому начальный пусковой момент однофазного асинхронного двигателя М_п = 0. Для создания пускового момента необходимо привести ротор во вращение в ту или иную сторону. Тогда s ≠ 1, нарушается равенство моментов М_пр и М_обр и результирующий электромагнитный момент приобретает некоторое значение .

Пуск однофазного двигателя. Как создать начальное вращение?

Одним из способов создания пускового момента в однофазном асинхронном двигателе, является расположение вспомогательной (пусковой) обмотки B, смещенной в пространстве относительно главной (рабочей) обмотки A на угол 90 электрических градусов. Чтобы обмотки статора создавали вращающееся магнитное поле токи I_A и I_B

в обмотках должны быть сдвинуты по фазе относительно друг друга. Для получения фазового сдвига между токами I_A и I_B в цепь вспомогательной (пусковой) обмотки В включают фазосмещающий элемент, в качестве которого используют активное сопротивление (резистор), индуктивность (дроссель) или емкость (конденсатор) [1].

После того как ротор двигателя разгонится до частоты вращения, близкой к установившейся, пусковую обмотку В отключают. Отключение вспомогательной обмотки происходит либо автоматически с помощью центробежного выключателя, реле времени, токового или дифференциального реле, или же вручную с помощью кнопки.

Таким образом, во время пуска двигатель работает как двухфазный, а по окончании пуска — как однофазный.

Подключение однофазного двигателя

С пусковым сопротивлением

Двигатель с расщепленной фазой — однофазный асинхронный двигатель, имеющий на статоре вспомогательную первичную обмотку, смещенную относительно основной, и короткозамкнутый ротор [2].

Однофазный асинхронный двигатель с

пусковым сопротивлением — двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки отличается повышенным активным сопротивлением.

Омический сдвиг фаз, биффилярный способ намотки пусковой обмотки

Разное сопротивление и индуктивность обмоток

Для запуска однофазного двигателя можно использовать пусковой резистор, который последовательно подключается к пусковой обмотки. В этом случае можно добиться сдвига фаз в 30° между токами главной и вспомогательной обмотки, которого вполне достаточно для пуска двигателя. В двигателе с пусковым сопротивлением разность фаз объясняется разным комплексным сопротивлением цепей.

Также сдвиг фаз можно создать за счет использования пусковой обмотки с меньшей индуктивностью и более высоким сопротивлением. Для этого пусковая обмотка делается с меньшим количеством витков и с использованием более тонкого провода чем в главной обмотке.

Отечественной промышленностью изготавливается серия однофазных асинхронных электродвигателей с активным сопротивлением в качестве фазосдвигающего элемента серии АОЛБ мощностью от 18 до 600 Вт при синхронной частоте вращения 3000 и 1500 об/мин, предназначенных для включения в сеть напряжением 127, 220 или 380 В, частотой 50 Гц.

С конденсаторным пуском

Двигатель с конденсаторным пуском — двигатель с расщепленной фазой, у которого цепь вспомогательной обмотки с конденсатором включается только на время пуска.

Ёмкостной сдвиг фаз с пусковым конденсатором

Чтобы достичь максимального пускового момента требуется создать круговое вращающееся магнитное поле, для этого требуется чтобы токи в главной и вспомогательной обмотках были сдвинуты друг относительно друга на 90°. Использование в качестве фазосдвигающего элемента резистора или дросселя не позволяет обеспечить требуемый сдвиг фаз. Лишь включение конденсатора определенной емкости позволяет обеспечить фазовый сдвиг 90°.

Среди фазосдвигающих элементов, только конденсатор позволяет добиться наилучших пусковых свойств однофазного асинхронного электродвигателя.

Двигатели в цепь которых постоянно включен конденсатор используют для работы две фазы и называются — конденсаторными. Принцип действия этих двигателей основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Двигатель с экранированными полюсами — двигатель с расщепленной фазой, у которого вспомогательная обмотка короткозамкнута.

Статор однофазного асинхронного двигателя с экранированными полюсами обычно имеет явно выраженные полюса. На явно выраженных полюсах статора намотаны катушки однофазной обмотки возбуждения. Каждый полюс статора разделен на две неравные части аксиальным пазом. Меньшую часть полюса охватывает короткозамкнутый виток. Ротор однофазного двигателя с экранированными полюсами — короткозамкнутый в виде «беличьей» клетки.

При включении однофазной обмотки статора в сеть в магнитопроводе двигателя создается пульсирующий магнитный поток. Одна часть которого проходит по неэкранированной Ф’, а другая Ф» — по экранированной части полюса. Поток Ф» наводит в короткозамкнутом витке ЭДС E_k, в результате чего возникает ток I_k отстающий от E_k по фазе из-за индуктивности витка. Ток I_k создает магнитный поток Ф_k, направленный встречно Ф», создавая результирующий поток в экранированной части полюса Ф_э=Ф»+Ф_k. Таким образом, в двигателе потоки экранированной и неэкранированной частей полюса сдвинуты во времени на некоторый угол.

Пространственный и временной углы сдвига между потоками Ф_э и Ф’ создают условия для возникновения в двигателе вращающегося эллиптического магнитного поля, так как Ф_э ≠ Ф’.

Пусковые и рабочие свойства рассматриваемого двигателя невысоки. КПД намного ниже, чем у конденсаторных двигателей такой же мощности, что связано со значительными электрическими потерями в короткозамкнутом витке.

Статор такого однофазного двигателя выполняется с ярко выраженными полюсами на не симметричном шихтованном сердечнике. Ротор — короткозамкнутый типа «беличья клетка».

Данный электродвигатель для работы не требует использования фазосдвигающих элементов. Недостатком данного двигателя является низкий КПД.

История создания электродвигателя

Электромеханика является относительно молодой, по историческим меркам, отраслью науки и техники.

1800, Вольта

Итальянский физик, химик и физиолог, Алессандро Вольта, первый в мире создал химический источник тока.

1820, Эрстед

Датский ученый, физик, Ханс Кристиан Эрстед, обнаружил на опыте отклоняющее действие тока на магнитную стрелку.

1821, Фарадей

Первый электродвигатель Фарадея, 1821 г.

Британский физик-экспериментатор и химик, Майкл Фарадей, опубликовал трактат «О некоторых новых электромагнитных движениях и о теории магнетизма», где описал, как заставить намагниченную стрелку непрерывно вращаться вокруг одного из магнитных полюсов. Эта конструкция впервые реализовала непрерывное преобразование электрической энергии в механическую. Принято считать ее первым электродвигателем в истории.

1822, Ампер

Французский физик, Андре Мари Ампер, открыл магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Среди прочего Ампер предложил использовать железный сердечник, помещенный внутрь соленоида, для усиления магнитного поля. В 1820 году им был открыт закон Ампера.

1822, Барлоу

Английский физик и математик, Питер Барлоу, изобрел колесо Барлоу, по сути, униполярный электродвигатель.

1825, Араго

Французский физик и астроном, Доминик Франсуа Жан Араго, опубликовал опыт показывающий, что вращающийся медный диск заставляет вращаться магнитную стрелку, подвешенную над ним.

1825, Стёрджен

Британский физик, электротехник и изобретатель, Уильям Стёрджен, в 1825 изготовил первый электромагнит, который представлял из себя согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки.

Вращающееся устройство Йедлика, 1827/28 гг.

1827, Йедлик

Венгерский физик и электротехник, Аньош Иштван Йедлик, изобрел первую в мире динамо-машину (генератор постоянного тока), однако практически не объявлял о своем изобретении до конца 1850-х годов.

1831, Фарадей

Английский физик, Майкл Фарадей, открыл электромагнитную индукцию, то есть явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Формулировка закона электромагнитной индукции.

1831, Генри

Американский физик, Джозеф Генри, независимо от Фарадея обнаружил взаимоиндукцию, но Фарадей раньше опубликовал свои результаты.

1832, Пикси

Генератор постоянного тока Пикси

Француз, Ипполит Пикси, сконструировал первый генератор переменного тока. Устройство состояло из двух катушек индуктивности с железным сердечником напротив которых располагался вращающийся магнит подковообразной формы, который приводился в движение вращением рычага. Позже для получения постоянного пульсирующего тока к этому устройству был добавлен коммутатор.

Электродвигатель Стёрджена
Strurgejn’s Annals of Electricity, 1836/37, vol. 1

1833, Стёрджен

Британский физик, Уильям Стёрджен, публично продемонстрировал электродвигатель на постоянном токе в Марте 1833 года в Аделаидской галерее практической науки в Лондоне. Данное изобретение считается первым электродвигателем, который можно было использовать.

1833, Ленц

В начале в электромеханике разграничивали магнито-электрические машины (электрические генераторы) и электро-магнитные машины (электрические двигатели). Российский физик (немецкого происхождения), Эмилий Христианович Ленц, опубликовал статью о законе взаимности магнито-электрических явлений, то есть о взаимозаменяемости электрического двигателя и генератора.

Май 1834, Якоби

Первый вращающийся электродвигатель. Якоби, 1834

Немецкий и русский физик, академик Императорской Санкт-Петербургской Академии Наук, Борис Семенович (Мориц Герман фон) Якоби, изобрел первый в мире электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала. Мощность двигателя составляла около 15 Вт, частота вращения ротора 80-120 оборотов в минуту. До этого изобретения существовали только устройства с возвратно-поступательным или качательным движением якоря.

1836 — 1837, Дэвенпорт

Проводя эксперименты с магнитами, американский кузнец и изобретатель, Томас Дэвенпорт, создает свой первый электромотор в июле 1834 года. В декабре этого же года он впервые продемонстрировал свое изобретение. В 1837 году Дэвенпорт получил первый патент (патент США №132) на электрическую машину.

1839, Якоби

Используя электродвигатель питающийся от 69 гальванических элементов Грове и развивающий 1 лошадиную силу, в 1839 г. Якоби построил лодку способную двигаться с 14 пассажирами по Неве против течения. Это было первое практическое применение электродвигателя.

1837 — 1842, Дэвидсон

Шотландский изобретатель, Роберт Дэвидсон, занимался разработкой электродвигателя с 1837 года. Он сделал несколько приводов для токарного станка и моделей транспортного средства. Дэвидсон изобрел первый электрический локомотив.

1856, Сименс

Немецкий инженер, изобретатель, ученый, промышленник, основатель фирмы Siemens, Вернер фон Сименс изобрел электрический генератор с двойным T-образным якорем. Он первый разместил обмотки в пазах.

1861-1864, Максвелл

Британский физик, математик и механик, Джеймс Клерк Максвелл, обобщил знания об электромагнетизме в четырех фундаментальных уравнениях. Вместе с выражением для силы Лоренца уравнения Максвелла образуют полную систему уравнений классической электродинамики.

1871-1873, Грамм

Бельгийский изобретатель, Зеноб Теофил Грамм, устранил недостаток электрических машин с двух-Т-образным якорем Сименса, который заключался в сильных пульсациях вырабатываемого тока и быстром перегреве. Грамм предложил конструкцию генератора с самовозбуждением, который имел кольцевой якорь.

1885, Феррарис

Итальянский физик и инженер, Галилео Феррарис, изобрел первый двухфазный асинхронный электродвигатель. Однако Феррарис думал, что такой двигатель не сможет иметь КПД выше 50%, поэтому он потерял интерес и не продолжал улучшать асинхронный электродвигатель. Считается, что Феррарис первым объяснил явление вращающегося магнитного поля.

1887, Тесла

Американец сербского происхождения, изобретатель, Никола Тесла, работая независимо от Феррариса, изобрел и запатентовал двухфазный асинхронный электродвигатель с явно выраженными полюсами статора (сосредоточенными обмотками). Тесла ошибачно считал что двухфазная система токов оптимальна с экономической точки зрения среди всех многофазных систем.

1889-1891, Доливо-Добровольский

Русский электротехник польского происхождения, Михаил Осипович Доливо-Добровольский, прочитав доклад Феррариса о вращающемся магнитном поле изобрел ротор в виде «беличьей клетки». Дальнейшая работа в этом направлении привела к разработке трехфазной системы переменных токов и трехфазного асинхронного электродвигателя, получившего широкое применение в промышленности и практически не изменившегося до нашего времени.

Широкое внедрение электромеханических устройств в России начинается после Октябрьской революции 1917 г., когда электрификация всей страны стала основой технической политики нового государства. Можно сказать, что XX век стал веком становления и широкого распространения электромеханики.

Выбор между двухфазной и трехфазной системой

Доливо-Добровольский справедливо считал, что увеличение числа фаз в двигателе улучшает распределение намагничивающей силы по окружности статора. Переход к трехфазной системы от двухфазной уже дает большой выигрыш в этом отношении. Дальнейшее увеличение числа фаз нецелесообразно, так как приводит к значительному увеличению расходов металла на провода.

Для Теслы же казалось очевидным, что чем меньше число фаз, тем меньше требуется проводов, и следовательно тем дешевле устройство электропередачи. При этом двухфазная система передачи требовала применения четырех проводов, что представлялось не желательным в сравнении с двух проводными системами постоянного или однофазного переменного токов. Поэтому Тесла предлагал применять трех проводную линию для двухфазной системы, делая один провод общим. Но это не сильно уменьшало количество затрачиваемого на систему металла, так как общий провод должен был быть большего сечения.

Таким образом трехфазная система токов предложенная Доливо-Добровольским была оптимальной для передачи энергии. Она практически сразу нашла широкое применение в промышленности и до наших дней является основной системой передачи электрической энергии во всем мире.

Электродвигатели — общие сведения, технические показатели

Общие сведения

Ниже приведены технические показатели и основные конструктивные размеры электродвигателей, обычно применяемых для укомплектования вентиляторов и насосов в промышленных, жилых и общественных зданиях. Это — асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока единой серии типов А, АЛ, АО, АОЛ, МА-140 и ТАГ. По способу монтажа они относятся к горизонтальным электродвигателям со станиной на лапах.

Таблица 1. Выбор типа электродвигателей в зависимости от состояния воздушной среды помещений

Характеристика помещений	Форма исполнения электродвигателей	Типы электродвигателей, рекомендуемых к установке
Сухие отапливаемые и неотапливаемые	Защищенные	А, АЛ
Сырые	Защищенные от капель с противосыростной изоляцией	АО
Особенно сырые	Закрытые, с внешним обдувом	АО, АОЛ, ТАГ, МА-140
Пыльные, с легко удаляемой и не электропроводящей пылью	Защищенные	А, АЛ
Пыльные, с тяжело удаляемой и не электропроводящей пылью	Закрытые	АО, АОЛ, МА-140, ТАГ
Пыльные, с пылью, проводящей электрический ток	Закрытые	МА-140, ТАГ
С едкими парами или газами	Закрытые и в исключительных случаях защищенные, с противосыростной изоляцией	АО, МА-140
Пожароопасные	Закрытые	АО, МА-140
Взрывоопасные	Взрывобезопасные	МА-140, ТАГ
Вне зданий на открытом воздухе	Закрытые	АО, АОЛ, МА-140
Вне зданий под крышей	Защищенные	А, АЛ

Таблица 2. Технические данные и основные габаритные размеры асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 100 кВт

Мощность на валу в кВт	Число оборотов в минуту	Тип	Размеры в мм				Вес электродвигателя без шкива в кг типов
Мощность на валу в кВт	Число оборотов в минуту	Тип	A	G	H	d	А, АО, ТАГ, МА	АЛ и АОЛ
Серия А и АЛ защищенные
0,6	1410	А-31-4	273	250	170	18	17	—
1	2850	А-31-2	273	250	170	18	17	—
1	1410	А-32-4	309	250	170	18	24	—
1	930	А и АЛ-41-6	344	302	210	25	34	1,5
1,7	2850	А-32-2	309	250	170	18	24	—
1,7	1420	А-41-4 и АЛ-41-4	344	302	210	25	34	2
1,7	930	А-42-6 и АЛ-42-6	384	302	210	25	42	29
2,8	2870	А-41-2 и АЛ-41-2	314	302	210	25	31	23
2,8	1420	А-42-4 и АЛ-42-4	384	302	210	25	42	29,5
2,8	950	А-51-6	441	405	385	35	70	—
4,5	2870	А-42-2 и АЛ-42-2	384	302	210	25	42	30,5
4,5	1440	А-51-4	441	405	385	35	70	—
4,5	950	А-52-6	491	405	285	35	91	—
4,5	730	А-61-8	562	500	315	45	125	—
7	2890	А-51-2	441	405	285	35	70	—
7	1440	А-52-4	491	405	285	35	91	—
7	970	А-61-6	562	500	315	45	125	—
7	730	А-62-8	562	500	315	45	140	—
10	2890	А-52-2	491	405	285	35	91	—
10	1450	А-61-4	562	500	315	45	125	—
10	970	А-62-6	562	500	315	45	140	—
10	730	А-71-8	665	580	370	55	205	—
14	2920	А-61-2	580	500	315	35	130	—
14	1450	А-62-4	562	500	315	45	140	—
14	970	А-71-6	665	580	370	55	205	—
14	730	А-72-8	665	580	370	55	230	—
20	2920	А-62-2	580	500	315	35	145	—
20	1450	А-71-4	665	580	370	55	205	—
20	970	А-72-6	665	580	370	55	230	—
20	730	А-81-8	860	675	440	65	360	—
28	2930	А-71-2	685	580	370	38	210	—
28	1450	А-72-4	665	580	370	55	230	—
28	975	А-81-6	860	675	440	65	400	—
40	2930	А-72-2	685	580	370	38	235	—
40	1460	А-81-4	860	675	440	65	360	—
40	975	А-82-6	860	675	440	65	400	—
40	730	А-91-8	970	792	525	75	590	—
55	2930	А-81-2	875	675	440	55	370	—
55	1460	А-82-4	860	675	440	65	400	—
55	980	А-91-6	970	792	525	75	590	—
55	730	А-92-8	970	792	525	75	665	—
75	2930	А-82-2	875	675	440	55	415	—
75	1460	А-91-4	970	792	525	75	590	—
75	980	А-92-6	970	792	525	75	666	—
100	2950	А-91-2	1005	792	525	55	605	—
100	1460	А-92-4	970	792	525	75	665	—
125	2950	А-92-2	1005	792	525	55	685	—
Серия АО и АОЛ закрытые обдуваемые
0,6	1410	АО-31-4 и АОЛ-31-4	300	235	170	18	21	12,5
1	2850	АО-31-2 и АОЛ-31-2	300	235	170	18	21	12,5
1	1410	АО-32-4 и АОЛ-32-4	335	235	170	18	27	16,5
1	930	АО-41-6 и АОЛ-41-6	375	286	210	25	37	23
1,7	2850	АО-32-2 и АОЛ-32-2	335	235	170	18	27	16,5
1,7	1420	АО-41-4 и АОЛ-41-4	375	286	210	25	37	23,5
1,7	930	АО-42-6 и АОЛ-42-6	415	286	210	25	45	30,5
2,8	2880	АО-42-2 и АОЛ-42-42	415	286	210	25	45	31,5
2,8	1420	АО-42-4 и АОЛ-42-4	415	286	210	25	45	31
2,8	950	АО-51-6	482	380	285	35	80	—
4,5	2900	АО-51-2	482	380	285	35	80	—
4,5	1440	АО-51-4	482	380	285	35	80	—
4,5	950	АО-52-6	532	380	285	35	100	—
4,5	735	АО-62-8	635	485	315	45	165	—
7	2900	АО-52-2	532	380	285	35	100	—
7	1440	АО-52-4	532	380	285	35	100	—
7	980	АО-62-6	635	485	315	45	165	—
7	735	АО-63-8	635	485	315	45	180	—
10	2930	АО-62-2	635	485	315	35	170	—
10	1460	АО-62-4	635	315	45	45	165	—
10	980	АО-63-6	635	485	315	45	180	—
10	735	АО-72-8	750	555	370	55	280	—
14	2930	АО-63-2	635	485	315	35	190	—
14	1460	АО-63-4	635	485	315	45	180	—
14	980	АО-72-6	750	555	370	55	280	—
14	735	АО-73-8	750	555	370	55	310	—
20	2940	АО-72-2	750	555	370	38	280	—
20	1460	АО-72-4	750	555	370	55	280	—
20	980	АО-73-6	750	555	370	55	310	—
20	735	АО-82-8	955	665	440	65	495	—
28	2940	АО-73-2	750	555	370	38	310	—
28	1460	АО-73-4	750	555	370	55	310	—
28	980	АО-82-6	955	665	440	65	495	—
28	735	АО-83-8	955	665	440	65	555	—
40	2950	АО-82-2	955	665	440	55	500	—
40	1470	АО-82-4	955	665	440	65	495	—
40	980	АО-83-6	955	665	440	65	555	—
40	735	АО-93-8	1090	770	525	75	805	—
55	2950	АО-83-2	955	665	440	55	560	—
55	1470	АО-83-4	955	665	440	65	555	—
55	985	АО-93-6	1090	770	525	75	805	—
55	735	АО-94-8	1090	770	525	75	890	—
75	2960	АО-93-2	1090	770	525	55	820	—
75	1470	АО-93-4	1090	770	525	75	805	—
75	985	АО-94-6	1090	770	525	75	890	—
100	2960	АО-94-2	1090	770	525	55	905	—
100	1470	АО-94-4	1090	770	525	75	890	—
Серия ТАГ взрывобезопасные
0,42	1450	ТАГ-12-4	268	317	180	18	30	—
0,9	1425	ТАГ-21-4	315	348	225	25	43	—
1,4	1450	ТАГ-22-4	355	348	235	25	57	—
1,7	975	ТАГ-31-6	398	400	270	32	85	—
2,3	1460	ТАГ-31-4	398	400	270	32	85	—
2,3	970	ТАГ-32-6	443	400	270	32	105	—
3,5	1460	ТАГ-32-4	443	400	270	32	105	—
Серия МА взрывобезопасные
2,7	720	МА-142-1/8	620	500	250	40	138	—
3,8	960	МА-142-1/6	620	500	250	40	138	—
4	720	МА-142-2/8	680	500	250	40	158	—
5,5	1445	МА-142-1/4	620	500	250	40	138	—
5,5	965	МА-142-2/6	680	500	250	40	158	—
6,5	725	МА-143-1/8	643	577	350	45	213	—
8	1460	МА-142-2/4	680	500	250	40	158	—
8	970	МА-143-1/6	643	577	350	45	213	—
8,5	725	МА-143-2/8	698	577	350	45	248	—
11	980	МА-143-2/6	698	577	350	45	248	—
11	730	МА-144-1/8	715	658	420	50	310	—
11,4	1460	МА-143-1/4	643	577	350	45	213	—
15	735	МА-144-2/8	775	658	420	50	370	—
16	1470	МА-143-2/4	698	577	350	45	248	—
16,5	980	МА-144-1/6	715	658	420	50	310	—
20	720	МА-145-1/8	915	782,5	500	60	510	—
21,5	980	МА-144-2/6	775	658	420	50	370	—
21,5	1470	МА-144-1/4	715	658	420	50	310	—
25	970	МА-145-1/6	915	782,5	500	60	510	—
25	725	МА-145-2/8	965	782,5	500	60	565	—
29	1475	МА-144-2/4	775	658	420	50	370	—
34	975	МА-145-2/6	965	782,5	500	60	565	—
35	730	МА-146-1/8	1054	854	550	75	720	—
36	1470	МА-145-1/4	915	782,5	500	60	510	—
45	1475	МА-145-2/4	965	782,5	500	60	565	—
46	980	МА-146-1/6	1054	854	550	75	720	—
46	735	МА-146-2/8	1114	854	550	75	820	—
61	980	МА-146-2/6	1114	854	550	75	820	—
68	1480	МА-146-1/4	1054	854	550	75	720	—
85	1480	МА-146-2/4	1114	854	550	75	820	—

Шкивы к электродвигателям


рис. 1	рис. 2

Шкивы типа ШР для плоскоременной передачи к электродвигателям единой серии (см. рис. 1)

Тип шкива	Размеры, мм				Вес, кг
Тип шкива	B	D	d	l	Вес, кг
ШР-3	60	100	18	40	1,2
ШР-4	85	125	25	60	2,4
ШР-5	125	200	35	80	7,8
ШР-6	150	250	45	110	10,5
ШР-7-1	175	300	55	110	16,5
ШР-7-2	175	400	55	110	23,5
ШР-8-1	200	360	65	140	26
ШР-8-2	200	450	65	140	34
ШР-9-1	250	450	75	140	40
ШР-9-2	250	560	75	140	53

Шкивы типа ШК для клиноременной передачи к электродвигателям единой серии (см. рис. 2)

Тип шкива	Размеры, мм													Вес, кг	Число ремней, шт	Тип ремня по ГОСТ
Тип шкива	a	B	b	c	D	d	e	l	s	s₁	t	t1	s₂	Вес, кг	Число ремней, шт	Тип ремня по ГОСТ
ШК-3-1	10	30	5	3	90	18	10	40	9	—	12	20,2	М6	1,2	2	О
ШК-3-2	10	42	5	3	90	18	10	40	9	—	12	20,2	М6	1,5	3	О
ШК-4-1	13	56	8	4	100	25	13	60	12	9	16	28,3	М8	2,2	3	А
ШК-4-2	13	56	8	4	100	25	13	60	12	9	16	28,3	М8	2,6	4	А
ШК-5-1	17	72	10	5	140	35	17	80	15	11	21	38,8	М10	4,8	3	Б
ШК-5-2	17	114	10	5	140	35	17	80	15	11	21	38,8	М10	6,7	5	Б
ШК-6-1	17	114	14	5	180	45	17	110	11	11	21	49,3	М10	13	5	Б
ШК-6-2	17	156	14	5	180	45	17	110	15	11	21	49,3	М10	16	7	Б
ШК-7-1	22	144	16	7	250	55	22	110	18	11	27	60,3	М10	26	5	В
ШК-7-2	22	198	16	7	250	55	22	110	18	11	27	60,3	М10	33	7	В
ШК-8-1	32	198	18	9	315	65	30	140	23	16	38	70,8	М12	52	5	Г
ШК-8-2	32	236	18	9	315	65	30	140	23	16	38	70,8	М12	57	6	Г
ШК-9-1	32	236	20	9	400	75	30	140	23	16	38	81,3	М12	63	6	Г
ШК-9-2	32	312	20	9	400	75	30	140	23	16	38	81,3	М12	67	8	Г

Каталог электродвигателей АИР — таблица, справочник двигателей

Техническая информация, обзоры производителей, цены, крепежные размеры, массы, особенности и тонкости к каждому электродвигателю АИР:

Габариты и чертежи всех электродвигателей АИРЭлектродвигатель с тормозомО плохих электродвигателях АИРДоставка по Украине. Расчет цены и сроковОТЗЫВЫ Прочитать/оставить

Что вы найдете в каталоге двигателей АИР?

Каталог электродвигателей АИР – навигационная страница сайта с легким доступом ко всей детальной технической и рыночной информации, которая может Вам понадобиться. Как о каждой модели электромотора, так и о всей линейке.

Каталог моделей электродвигателей АИР с детальными описаниями;
Таблица габаритно-присоединительных размеров двигателей;
Каталог двигателей с Электромагнитным тормозом;
Популярная статья «Что прячется в дешевом электродвигателе АИР»;
Доставка электродвигателей по Украине;
Отзывы покупателей о компании ТОВ «Системы качества, ЛТД» и поставляемых ею двигателях.

Прежде чем приобрести электродвигатель, вникайте в тонкости и технические особенности. Стоимость на двигатели может колебаться в пределах 100%, а надежность и качество — отличаться в разы.

Характеристики и справочные данные двигателей

Под каждой ссылкой в таблице «каталог» находится страница, посвященная одной модели электродвигателя:

Таблица технических характеристик двигателя
Чертеж и размеры
Что важно знать, чтоб не ошибиться в выборе двигателя
Слабые места дешевых трехфазных электромоторов
Строение и комплектующие асинхронных электромоторов
Подробный обзор производителей

Чтобы скачать паспорт кликните на ссылку паспорт электродвигателей АИР

Сайт АИР.com.ua и специалисты компании предоставят подробный ответ о качестве и стоимости любого запрошенного электродвигателя АИР любого производителя.

Сертификаты дилера

Характеристика электродвигателей | Инженеришка.Ру | enginerishka.ru

Одними из основных характеристик асинхронного электродвигателя являются номинальная установочная мощность N_H, номинальный ток I_Н и номинальная частота вращения n_Н. Номинальная мощность N_H пропорциональна номинальной частоте вращения n_Н и номинальному вращающему моменту М_Н:

N_H ~ n_Н*М_Н

Если электродвигатель в обычном исполнении недогружен (потребляемая мощность меньше установочной), то он выходит на большую, чем номинальная, частоту вращения (частота приближается к синхронной). Если нагрузка больше номинальной, то частота вращения немного уменьшается относительно номинальной, однако допустима перегрузка по токам потребления только до 10%.

При больших перегрузках возможен достаточно быстрый перегрев двигателя и выход из строя. Поэтому у радиальных вентиляторов с загнутыми вперед лопатками (у которых потребляемая мощность резко увеличивается с ростом производительности вентилятора) необходимо очень внимательно контролировать нагрузку при первом пуске в сети, чтобы исключить выход двигателя из строя. Если же используется электродвигатель с повышенным скольжением, то допустимы довольно большие перегрузки, поэтому электродвигатель может значительно уменьшить обороты. При этом следует контролировать температуру обмоток для зашиты их от перегрева. Так, например, асинхронные двигатели с внешним ротором, которые применяются в канальных вентиляторах, уменьшают частоту вращения при увеличении производительности с 2700 до 1900 об/мин.

Важной характеристикой электродвигателя являются также пускающие нагрузки. Если в качестве нагрузки двигателя рассматривать колесо вентилятора, то необходимо иметь в виду две составляющие — аэродинамическую нагрузку и нагрузку от момента инерции ротора (рабочее колесо со всей подвивши механикой — ротор узла вала, шкивы, ротор электродвигателя и т.д.). Мощность электродвигателе примерно пропорциональна частоте вращения (момент двигателя при пуске даже больше номинального). Потребляемая вентилятором аэродинамическая мощность N_АД, пропорциональна кубу частоты вращения (момент аэродинамических сил пропорционален квадрату частоты вращения):

N_АД~ n³

Таким образом, при запуске вентилятора аэродинамические силы практически не нагружают двигатель. Вторая составляющая нагрузки на двигатель при пуске связана с наличием момента инерции ротора J_РОТ. Для асинхронных электродвигателей обычного исполнения момент инерции нагрузки не должен превышать характерного расчетного момента инерции J_Р, кг*м², который может быть определен по формуле:

J_Р= 0,04*N_Н*k²

N_H — номинальная мощность двигателя, кВт; k — число пар полюсов двигателя.

Для вентилятора, как правило, момент инерции ротора определяется моментом инерции рабочего колеса. Моменты инерции рабочих колес иногда приводятся в каталогах фирм, производящих вентиляторы.

Электродвигатели, как и вентиляторы, являются источниками шума и вибраций. Уровни излучаемой звуковой мощности обычно указываются в паспортах или в каталогах. Как правило, шум электродвигателя незначителен и на рабочем режиме намного ниже, чем аэродинамический шум самого вентилятора. Если же слышен шум электродвигателя, то необходимо разбираться с проблемами, возникшими с электродвигателем. Увеличенные вибрации электродвигателей, по крайней мере отечественного производства, встречаются довольно часто. Обычно они связаны с применением низкокачественных подшипников, реже — с недостаточной балансировкой ротора двигателя. По уровню вибраций двигатели подразделяются на двигатели нормальной точности (N), повышенной точности (R), высокой точности (S).

Механические характеристики электродвигателей

Правильный выбор электродвигателя для производственного механизма – залог его нормальной и экономичной работы. Если электродвигатель подобран правильно, это упростит систему управления электроприводом и возможно удешевит стоимость электропривода. Как известно электропривод должен обеспечивать не только постоянство установившихся значений (скорость, момент), но и динамических (переходных процессов, таких как ускорение, тормозной момент, пусковой момент и т.д.).

Основным критерием для подбора электродвигателей используют зависимость, на которой отображают значение момента М электродвигателя и скорости вращения вала n при действии этого момента. Такая зависимость имеет название механическая характеристика n=f(M). По механическим характеристикам производят анализ электромеханических свойств двигателя, а также оценивают целесообразность применения его для различного рода механизмов и устройств. Они могут быть двух видов: естественные и искусственные.

Естественные механические характеристики: они снимаются при влиянии на двигатель номинальных параметров (номинальный ток, сопротивление обмоток, напряжение, момент сопротивления и т.д.). То есть двигатель подключается к источнику питания без каких-либо преобразовательных устройств – прямым включением.

Искусственные механические характеристики: их снимают при введении в цепь двигателя дополнительных элементов (резистор добавочный) или при пониженном напряжении питания, частоте (если двигатель переменного напряжения) и т.д. То есть на механическую характеристику двигателя производят искусственное влияние.

Также различают механические характеристики по изменению скорости вращения вала в зависимости от увеличения момента. Они оцениваются по жесткости:

и крутизне наклона:

Чтоб определить жесткость механической характеристики необходимо знать изменение скорости и момента на заданном участке зависимости n=f(M). Соответственно все расчеты жесткости ведутся либо в процентах, либо в относительных единицах.

Также механические характеристики можно отсортировать по группам:

Абсолютно жесткая – при изменении момента нагрузки, скорость вращения вала остается неизменной. Как пример – характеристика синхронной машины.

Жесткая – когда скорость уменьшается немного при увеличении момента нагрузки. Как пример, двигатели постоянного тока независимого возбуждения ДПТ НВ или линейная часть характеристики асинхронного двигателя.
Мягкая – при увеличении момента нагрузки изменения в скорости вращения довольно существенные. К таким относят двигатели постоянного тока последовательного возбуждения ДПТ ПВ.

Ниже приведен график различных механических характеристик электродвигателей:

– это абсолютно жесткая синхронной машины
– жесткая ДПТ НВ
— мягкая ДПТ ПВ
– мягкая ДПТ смешанного возбуждения
– асинхронного двигателя

Подбор электродвигателя определяется требованиями производственных механизмов. В таком производстве как прокатка металла, изготовление бумаги или картона, требуется четкое поддержание постоянства скорости, а такие механизмы, как подъемные и транспортные, не требуют жестких характеристик (в тяговых электроприводах используется ДПТ ПВ, также он применяется в некоторых крановых механизмах).

Как правильно выбрать электрический двигатель

Перед промышленностью все чаще встает вопрос энергоэффективности. Более экологичная экономика является одной из целей Конференции по климату в Париже (COP21), на достижение которой ориентированы многие страны. Для ограничения потребления и экономии энергии в последние годы в промышленность внедряется все более энергоэффективное оборудование. Согласно исследованию Европейской Комиссии, на долю двигателей приходится 65% промышленного потребления энергии в Европе. Работа над двигателями является важным рычагом сокращения выбросов CO2. Еврокомиссия даже прогнозирует, что к 2020 году можно повысить энергоэффективность двигателей европейского производства на 20-30%. В результате выбросы CO2 в атмосферу сократились бы на 63 млн. тонн, а экономия составила бы 135 миллиардов кВтч.

Если вы хотите использовать в своей деятельности энергоэффективные двигатели и внести свой вклад в энергосбережение и развитие планеты, вам необходимо изучить в первую очередь стандарты энергоэффективности двигателей, действующие в вашей стране или в вашем географическом регионе. Но будьте внимательны, эти стандарты применимы не ко всем двигателям, а только к асинхронным двигателям AC.

Международные нормы

Международная электротехническая комиссия (IEC) определила классы энергоэффективности для электродвигателей, представленных на рынке, известные как код IE, которые обобщены в международном стандарте IEC.
IEC определила четыре уровня энергоэффективности, которые характеризуют энергоэффективность двигателя:
- IE1 — стандартный класс
- IE2 — высокий класс
- IE3 — премиум класс
- IE4 — супер-премиум класс
IEC также внедрила стандарт IEC 60034-2-1:2014 для испытаний двигателей. Многие страны используют национальные стандарты для испытаний двигателей, но в то же время применяют международный стандарт IEC 60034-2-1.

В Европе

ЕС уже принял ряд директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей выводить на рынок энергоэффективные двигатели:

C 2011 года класс IE2 обязателен для всех двигателей.
Класс IE3 обязателен с января 2015 года для двигателей мощностью от 7,5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты).
Класс IE3 обязателен с января 2017 года для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт.

В США

В Соединенных Штатах в силе остаются стандарты, определяемые Американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования). С 2007 года минимальный требуемый уровень установлен на уровне IE2.
Эта же классификация используется в Австралии и в Новой Зеландии.

В Азии

В Китае корейские стандарты MEPS (Minimum Energy Performance Standard) применяются для малых и средних трехфазных асинхронных двигателей с 2002 года (GB 18693). В 2012 году стандарты MEPS были приведены в соответствие со стандартами IEC, переходя от IE1 к IE2, а теперь и к IE3.

Японияпривела в соответствие свое национальное законодательство с классами эффективности IEC и включила в 2014 году в программу «Top Runner» электродвигатели уровней IE2 и IE3. Действующая с 1998 года программа Top Runner обязывает японских автопроизводителей выставлять на рынок новые модели, которые более энергоэффективны, чем предыдущие поколения, заставляя тем самым внедрять инновации в энергетику.

В Индии используется сравнительная оценка эффективности с 2009 года и национальный стандарт на уровне IE2 с 2012 года.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — прикладное промышленное электричество

После внедрения Эдисоном в США системы распределения электроэнергии постоянного тока начался постепенный переход к более экономичной системе переменного тока. Освещение работало как на переменном, так и на постоянном токе. Передача электрической энергии на более длинные расстояния с меньшими потерями на переменном токе. Однако у двигателей была проблема с переменным током. Первоначально двигатели переменного тока были сконструированы как двигатели постоянного тока, но возникли многочисленные проблемы из-за изменения магнитных полей.

Рисунок 5.1 Схема семейства электродвигателей переменного тока

Чарльз П. Стейнмец внес свой вклад в решение этих проблем, исследуя гистерезисные потери в железной арматуре. Никола Тесла представил совершенно новый тип двигателя, когда он представил вращающуюся турбину, вращающуюся не водой или паром, а вращающимся магнитным полем. Его новый тип двигателя, асинхронный двигатель переменного тока, по сей день является рабочей лошадкой в отрасли. Его прочность и простота обеспечивают долгий срок службы, высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы.Тем не менее, небольшие щеточные электродвигатели переменного тока, аналогичные разнообразным электродвигателям постоянного тока, сохраняются в небольших приборах вместе с небольшими асинхронными электродвигателями Tesla. Выше одной лошадиной силы (750 Вт) царит мотор Tesla.

Современные твердотельные электронные схемы управляют бесщеточными двигателями постоянного тока с сигналами переменного тока, генерируемыми от источника постоянного тока. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, фактически электродвигатель переменного тока, заменяет обычный щеточный электродвигатель постоянного тока во многих приложениях. И шаговый двигатель , цифровая версия двигателя, приводится в действие прямоугольными волнами переменного тока, опять же, генерируемыми твердотельной схемой.На рисунке выше показано генеалогическое древо двигателей переменного тока, описанных в этой главе.

Круизные лайнеры и другие крупные суда заменяют карданные валы с редукторами большими многомегаваттными генераторами и двигателями. Так было с тепловозами меньшего размера в течение многих лет.

Рисунок 5.2 Диаграмма уровней моторной системы
На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и тока, преобразуя ее в механическую работу.К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электроэнергии теряется на тепло, другой вид энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя. Тепло — нежелательный побочный продукт этого преобразования. Его необходимо снимать с двигателя, так как это может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одна из целей — максимизировать КПД двигателя, уменьшая тепловые потери. Двигатели переменного тока также имеют некоторые потери, с которыми не сталкиваются двигатели постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.
Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными.Асинхронные двигатели пользуются популярностью из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей являются асинхронными.
Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году создал модель мощностью в половину лошадиных сил (400 Вт). Тесла продал права на производство Джорджу Вестингаузу за 65 000 долларов. Самые крупные (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленные двигатели многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько различных обмоток на каждый полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими синусоидальными волнами со сдвигом во времени.На практике это две-три фазы. Крупные промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными. Под асинхронным двигателем мы подразумеваем, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, как трансформатор, в отличие от коллекторного двигателя постоянного тока с коллектором.
Конструкция асинхронного двигателя переменного тока
Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора, содержащего обмотки, подключенные к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже.Простой двухфазный асинхронный двигатель, представленный ниже, похож на двигатель мощностью 1/2 лошадиные силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.
Рисунок 5.3 Многофазный асинхронный двигатель Tesla
Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующих фазам имеющейся электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя выше имеет 2 пары катушек, по одной паре для каждой из двух фаз переменного тока. Отдельные катушки пары соединены последовательно и соответствуют противоположным полюсам электромагнита.То есть одна катушка соответствует N-полюсу, другая — S-полюсу, пока фаза переменного тока не изменит полярность. Другая пара катушек ориентирована в пространстве под углом 90 ° к первой паре. Эта пара катушек подключена к переменному току, сдвинутому во времени на 90 ° в случае двухфазного двигателя. Во времена Теслы источником двух фаз переменного тока был двухфазный генератор переменного тока. Статор на рисунке выше имеет выступающих полюсов, явно выступающих полюсов, которые использовались в ранних асинхронных двигателях Tesla. Эта конструкция используется и по сей день для двигателей с малой мощностью (<50 Вт).Однако для более мощных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД будут иметь место, если катушки встроены в пазы, вырезанные в пластинах статора (рисунок ниже).
Рисунок 5.4 Рама статора с пазами для обмоток
Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, пробитыми из листов электротехнической стали. Набор из них закреплен концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые кожухи.
Рисунок 5.5 Статор с обмотками 2-φ (а) и 3-φ (б)
На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазы статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Фактические обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Tesla 2-φ с выступающими полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях обмотка полюса разделена на идентичные катушки, вставленные во множество пазов меньшего размера, чем указано выше. Эта группа называется фазовой лентой (см. Рисунок ниже).Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля по полюсу. Это показано в разделе синхронного двигателя. В прорезях на краю стойки может быть меньше витков, чем в других прорезях. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.
Рисунок 5.6 Перекрытие фазовых лент

Ключом к популярности асинхронного двигателя переменного тока является его простота, о чем свидетельствует простой ротор (рисунок ниже).Ротор состоит из вала, стального пластинчатого ротора и встроенной беличьей клетки из меди или алюминия , показанной в (b), снятой с ротора. По сравнению с якорем двигателя постоянного тока, здесь нет коммутатора. Это устраняет щетки, искрение, искрение, графитовую пыль, регулировку и замену щеток, а также повторную обработку коллектора.

Рисунок 5.7 Многослойный ротор с (а) встроенной беличьей клеткой, (б) токопроводящей клеткой, удаленной с ротора
Проводники в короткозамкнутой клетке могут быть перекошены, перекручены относительно вала.Несоосность пазов статора снижает пульсации крутящего момента. Сердечники ротора и статора состоят из пакета изолированных пластин. Пластины покрыты изолирующим оксидом или лаком для минимизации потерь на вихревые токи. Сплав, используемый в пластинах, выбран из соображений низких гистерезисных потерь.
Теория работы асинхронных двигателей
Краткое объяснение работы заключается в том, что статор создает вращающееся магнитное поле, которое волочит ротор. Теория работы асинхронных двигателей основана на вращающемся магнитном поле.Один из способов создания вращающегося магнитного поля — вращение постоянного магнита. Если движущиеся магнитные линии потока разрезают проводящий диск, он будет следовать за движением магнита. Линии магнитного потока, разрезающие проводник, будут индуцировать напряжение и, как следствие, ток в проводящем диске. Этот поток тока создает электромагнит, полярность которого противодействует движению постоянного магнита — Закон Ленца . Полярность электромагнита такова, что он тянется к постоянному магниту.Диск следует с немного меньшей скоростью, чем постоянный магнит.
Рисунок 5.8 Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске
Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске
Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству силовых линий, разрезающих диск, и скорости, с которой он разрезает диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни индуцированного тока, ни поля электромагнита, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет ниже скорости вращающегося постоянного магнита, так что линии потока, разрезающие диск, индуцируют ток, создают электромагнитное поле в диске, которое следует за постоянным магнитом. Если к диску приложена нагрузка, замедляющая его, будет развиваться больший крутящий момент, поскольку больше линий магнитного потока разрезают диск. Крутящий момент пропорционален скольжению , степени, в которой диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, создавая больший крутящий момент.В основе аналогового автомобильного вихретокового спидометра лежит принцип, проиллюстрированный выше. Когда диск удерживается пружиной, отклонение диска и иглы пропорционально скорости вращения магнита. Вращающееся магнитное поле создается двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, которые управляются токами, которые не совпадают по фазе на 90 °. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с диаграммами Лиссажу на осциллографах.
Рисунок 5.9 В противофазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу
Смещенные по фазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу. На приведенном выше рисунке круговая диаграмма Лиссажу создается за счет подачи горизонтального и вертикального входных сигналов осциллографа с отклонением фазы синусоидальных волн на 90 °.Начиная с (a) с максимальным отклонением «X» и минимальным «Y», след перемещается вверх и влево в направлении (b). Между (a) и (b) две формы волны равны 0,707 Vpk при 45 °. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус окружности между (a) и (b). Трасса перемещается в (b) с минимальным отклонением «X» и максимальным отклонением «Y». При максимальном отрицательном отклонении «X» и минимальном отклонении «Y» след переместится в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он переходит в (d), а затем обратно в (a), завершая один цикл.
Рисунок 5.10 Окружность синуса по оси X и косинуса по оси Y
На рисунке показаны две синусоидальные волны с фазовым сдвигом на 90 °, приложенные к отклоняющим пластинам осциллографа, расположенным под прямым углом в пространстве. Комбинация фазированных синусоидальных волн на 90 ° и отклонения под прямым углом дает двумерный узор — круг. Этот круг очерчен электронным лучом, вращающимся против часовой стрелки.
Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя
Скорость вращения вращающегося магнитного поля статора связана с количеством пар полюсов на фазу статора.На приведенном ниже рисунке «полная скорость» всего шесть полюсов или три пары полюсов и три фазы. Однако на каждую фазу приходится только одна пара полюсов. Магнитное поле будет вращаться один раз за цикл синусоидальной волны. В случае мощности 60 Гц поле вращается со скоростью 60 раз в секунду или 3600 оборотов в минуту (об / мин). При мощности 50 Гц он вращается со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 об / мин. 3600 и 3000 об / мин — это синхронная скорость двигателя. Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это определенно верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость уменьшится вдвое, потому что магнитное поле вращается в пространстве на 180 ° на 360 ° электрической синусоидальной волны.
Рисунок 5.11 Удвоение полюсов статора уменьшает синхронную скорость вдвое
Синхронная скорость определяется по формуле:
[латекс] N_s = \ frac {120 \ cdot f} {P} [/ латекс]
Где:
Н _с = Скорость магнитного поля (об / мин)
f = частота подаваемой мощности (Гц)
P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2
На приведенном выше рисунке «половинная скорость» четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц составляет: S = 120 · 50/4 = 1500 об / мин
Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, увлекает за собой ротор. Более подробное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, которые составляют трансформатор. вторичный. Этот индуцированный ток ротора, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитное поле вращающегося статора взаимодействует с этим полем ротора.Поле ротора пытается выровняться с полем вращающегося статора. Результат — вращение ротора с короткозамкнутым ротором. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, сопротивления ветра или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако скольжение между ротором и полем статора синхронной скорости развивает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет скользить пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор работал с синхронной скоростью, не было бы потока статора, разрезающего ротор, не было бы тока, индуцированного в роторе, не было бы крутящего момента.
Крутящий момент в асинхронных двигателях
При первой подаче питания на двигатель ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N _s. Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N _s. Ток, индуцированный в закороченных витках ротора, является максимальным, как и частота тока, частота сети.По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой магнитный поток статора сокращает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N _s и фактической скоростью N ротора, или (N _s — N). Отношение фактического потока, разрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :
[латекс] s = \ frac {(N_s — N)} {N_s} [/ латекс]
Где:
N _с = синхронная скорость
N = частота вращения ротора
Частота тока, наведенного в проводники ротора, равна только частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется по:
[латекс] f_r = s \ cdot f [/ латекс]
Где:
с = скольжение,
f = частота сети статора
Скольжение при 100% крутящем моменте обычно составляет 5% или меньше в асинхронных двигателях. Таким образом, для частоты сети f = 50 Гц частота наведенного тока в роторе:
f _r = S (f)
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.
Почему он такой низкий? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость вращения ротора на 5% меньше. Вращающееся магнитное поле режет ротор только с частотой 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора. Если ротор вращается немного быстрее при синхронной скорости, поток не будет резать ротор вообще, f _r = 0.
Рисунок 5.12 Зависимость крутящего момента и скорости от% скольжения.
На приведенном выше графике показано, что пусковой крутящий момент, известный как крутящий момент заторможенного ротора (T _LR), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T _FL), безопасного продолжительного крутящего момента.Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175% от T _FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как ток заторможенного ротора (I _LR), составляет 500% от тока полной нагрузки (I _FL), безопасного рабочего тока. Ток большой, потому что это аналог закороченной вторичной обмотки трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как тяговый момент . Это самое низкое значение крутящего момента, с которым когда-либо сталкивался пусковой двигатель.Когда ротор набирает 80% синхронной скорости, крутящий момент увеличивается со 175% до 300% крутящего момента полной нагрузки. Этот пробивной крутящий момент (T _BD) происходит из-за большего, чем обычно, 20% скольжения. Сила тока в этот момент уменьшилась лишь незначительно, но после этого будет быстро уменьшаться. Когда ротор ускоряется с точностью до нескольких процентов от синхронной скорости, как крутящий момент, так и ток значительно уменьшаются. При нормальной работе скольжение будет составлять всего несколько процентов. Для работающего двигателя любой участок кривой крутящего момента ниже 100% номинального крутящего момента является нормальным.Нагрузка двигателя определяет рабочую точку на кривой крутящего момента. В то время как крутящий момент и ток двигателя могут превышать 100% в течение нескольких секунд во время запуска, продолжительная работа выше 100% может привести к повреждению двигателя. Любая крутящая нагрузка двигателя, превышающая крутящий момент пробоя, приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю в условиях нагрузки «без механического крутящего момента». Это условие аналогично разомкнутому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, которые значительно отличаются от кривой крутящего момента, приведенной выше.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T _LR) для двигателей различных конструкций и размеров составляет от 60% до 350% момента полной нагрузки (T _FL). Пусковой ток или ток заторможенного ротора (I _LR) может находиться в диапазоне от 500% до 1400% от тока полной нагрузки (I _FL). Этот потребляемый ток может вызвать проблемы с запуском больших асинхронных двигателей.
Классы двигателей NEMA и IEC
Различные стандартные классы (или конструкции) двигателей, соответствующие кривым крутящего момента (рисунок ниже), были разработаны для лучшего управления нагрузками различных типов.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила классы двигателей A, B, C и D для удовлетворения этих требований к приводам. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (IEC) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.
Рисунок 5.13 Характеристики для проектов NEMA
Характеристики для проектов NEMA
Все двигатели, за исключением класса D, работают со скольжением 5% или менее при полной нагрузке.
Класс B (IEC Class N) Двигатели используются по умолчанию в большинстве приложений.При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% от FLT он может запускать большинство нагрузок без чрезмерного пускового тока (LRT). КПД и коэффициент мощности высокие. Обычно он приводит в действие насосы, вентиляторы и станки.
Класс A Пусковой момент такой же, как и у класса B. Отпускаемый момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
Class C (IEC Class H) имеет более высокий пусковой момент, чем классы A и B при LRT = 200% от FLT.Этот двигатель применяется для тяжелых пусковых нагрузок, которые необходимо приводить в действие с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
Класс D Двигатели имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Высокое скольжение приводит к снижению скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с переменной скоростью, например с маховиком для аккумулирования энергии. Применяется в пробивных прессах, ножницах и элеваторах.
Класс E Двигатели — это более эффективная версия класса B.
Класс F Двигатели имеют гораздо более низкие LRC, LRT и разрушающий крутящий момент, чем класс B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.
Коэффициент мощности асинхронных двигателей
Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности от линии электропередачи. Коэффициент мощности больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателей может достигать 90% для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности малых тихоходных двигателей может составлять всего 50%. При запуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, увеличиваясь по мере достижения ротором скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротора) к первичной обмотке (статору). Таким образом, в линии электропередачи присутствует реактивная нагрузка до 10% коэффициента мощности. Когда ротор нагружен, возрастающая резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.
Рисунок 5.14 Коэффициент мощности и КПД асинхронного двигателя
КПД асинхронного двигателя
Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера, и почти все однофазные двигатели. КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. Эффективность малонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкая, потому что большая часть тока связана с поддержанием намагничивающего потока. Когда нагрузка крутящего момента увеличивается, больше тока потребляется для создания крутящего момента, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается фиксированным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при FLT 50% и снижается еще на несколько процентов при FLT 25%. Эффективность становится низкой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Индукционные двигатели обычно имеют завышенные размеры, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может быть запущена и приведена в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружен менее 75% номинального крутящего момента, когда КПД достигает пика, КПД страдает лишь незначительно до 25% FLT.
Корректор коэффициента мощности Nola
Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей в конце 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронный двигатель с неполной нагрузкой менее эффективен и имеет более низкий коэффициент мощности, чем двигатель с полной нагрузкой. Таким образом, можно сэкономить энергию в частично загруженных двигателях, в частности, в двигателях 1-φ. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно фиксирована по отношению к изменениям нагрузки.Хотя в полностью загруженном двигателе экономить нечего, напряжение на частично загруженном двигателе может быть уменьшено, чтобы уменьшить энергию, необходимую для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и эффективность. Это была хорошая концепция для заведомо неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокого КПД (90% +) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95% по-прежнему имеет КПД 94% при 50% крутящем моменте при полной нагрузке (FLT) и 90% КПД при 25% FLT.Потенциальная экономия энергии при переходе от 100% FLT к 25% FLT составляет разницу в эффективности 95% — 90% = 5%. Это не 5% мощности при полной нагрузке, а 5% мощности при пониженной нагрузке. Корректор коэффициента мощности Nola может быть применим к 3-фазному двигателю, который большую часть времени простаивает (ниже 25% FLT), например к пробивному прессу. Срок окупаемости дорогостоящего электронного контроллера был оценен как непривлекательный для большинства приложений. Тем не менее, он может быть экономичным в составе электронного пускателя двигателя или регулятора скорости.Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если это привод
.
Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока
Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если он приводится в действие крутящим моментом, превышающим 100% синхронной скорости (рисунок ниже). Это соответствует нескольким% «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор продвигается на 1% быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора. Обычно он отстает в двигателе на 1%.Поскольку ротор разрезает магнитное поле статора в противоположном направлении (впереди), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.
Рисунок 5.15 Отрицательный крутящий момент превращает асинхронный двигатель в генератор
Такой индукционный генератор должен возбуждаться «живым» источником мощностью 50 или 60 Гц. В случае сбоя в электроснабжении энергокомпании выработка электроэнергии невозможна. Этот тип генератора не подходит в качестве резервного источника питания.Преимущество ветряного генератора вспомогательной энергии состоит в том, что он не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это безотказно.
Небольшие удаленные (от электросети) установки могут быть выполнены с самовозбуждением путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если снять нагрузку, остаточный магнетизм может вызвать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор достигает полной скорости, ток увеличивается, чтобы подать ток намагничивания на статор.В этот момент может быть приложена нагрузка. Слабое регулирование напряжения. Асинхронный двигатель может быть преобразован в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.
Процедура запуска заключается в доведении ветряной турбины до скорости в двигательном режиме путем подачи на статор нормального напряжения линии электропередачи. Любая вызванная ветром скорость турбины, превышающая синхронную, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель представляет отстающий коэффициент мощности для линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока представляет собой ведущий коэффициент мощности. Индукционные генераторы не используются широко на обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины является постоянной и регулируемой в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.
Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и скорость ветра может изменяться порывами. Асинхронный генератор лучше справляется с этими колебаниями из-за собственного проскальзывания.Это меньше нагружает зубчатую передачу и механические компоненты, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, индукционный генератор, подключенный к прямой линии, считается ветряной турбиной с фиксированной скоростью (см. Асинхронный генератор с двойным питанием для истинного генератора переменного тока с регулируемой скоростью). Несколько генераторов или несколько обмоток на общем валу можно переключать для обеспечения высокой и низкой скорости, чтобы приспособиться к переменным ветровым условиям.
Асинхронные двигатели с несколькими полями
Асинхронные двигатели
могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям 1800 и 900 об / мин.Подать питание на то или иное поле менее сложно, чем на повторное подключение катушек статора.
Рисунок 5.16 Несколько полей позволяют изменять скорость
Если поле сегментировано с выведенными выводами, его можно изменить (или переключить) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5 ° переключаются на сегменты 45 °. Для ясности выше показана только проводка для одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеуказанного двигателя 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 до 3600 об / мин.
Q: Если двигатель приводится в действие с частотой 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?
А:
[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {4} [/ latex] [latex] = 1500 об / мин (4-полюсный) [ / латекс]
[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {2} [/ latex] [latex] = 3000 об / мин (2-полюсный) [ / латекс]
Асинхронные двигатели с переменным напряжением
Скорость малых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких применений, как приводные вентиляторы, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения.Это снижает крутящий момент, доступный нагрузке, что снижает скорость (см. Рисунок ниже).
Рисунок 5.17 Регулирование переменного напряжения, скорость асинхронного двигателя
Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях
Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя сетевую частоту 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также снижает реактивное сопротивление X _L, что увеличивает ток статора.Это может привести к насыщению магнитной цепи статора с катастрофическими последствиями. На практике напряжение на двигателе необходимо уменьшать при уменьшении частоты.
Рисунок 5.18 Электронный частотно-регулируемый привод
И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако необходимо увеличить напряжение, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на уровне нормального значения и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с помощью выходов с широтно-импульсной модуляцией.Это прерывистый сигнал, который может быть включен или выключен, высокий или низкий, процент времени включения соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.
Когда для управления асинхронным двигателем применяется электроника, становится доступно множество методов управления, от простого до сложного:
Скалярное управление: Описанный выше недорогой метод управления только напряжением и частотой без обратной связи.
Векторное управление: Также известно как векторное управление фазой.Компоненты тока статора, создающие магнитный поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в реальном времени для улучшения кривой крутящего момента двигателя. Это требует больших вычислений.
Прямое управление крутящим моментом: Продуманная адаптивная модель двигателя обеспечивает более прямое управление потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменения нагрузки.
Многофазный асинхронный двигатель состоит из многофазной обмотки, встроенной в многослойный статор, и проводящей короткозамкнутой клетки, встроенной в многослойный ротор.
Трехфазные токи, протекающие внутри статора, создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток и, следовательно, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели самозапускаются.
Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию питания, обеспечивая при этом больший пусковой крутящий момент, чем требуется во время работы.Снижение линейного тока Пускатели требуются только для больших двигателей.
Трехфазные двигатели при запуске будут работать от однофазных.
Статический преобразователь фазы — это трехфазный двигатель, работающий на одной фазе без нагрузки на вал, генерирующий трехфазный выходной сигнал.
Несколько обмоток возбуждения можно перемонтировать для работы с несколькими дискретными скоростями двигателя, изменив количество полюсов.
Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запускается автоматически. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.
Рисунок 5.19 Двигатель с 3 фазами питается от мощности 1 фаза, но не запускается.
Одинарная катушка однофазного двигателя
Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.
Рисунок 5.20 Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле
Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c. При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d.Сумма этих двух векторов — это вектор, стационарный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.
Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет испытывать скольжение на 200-10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.
Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичных для многофазных асинхронных двигателей.
Двигатель с постоянным разделением конденсаторов
Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными друг от друга на 90 ° , электрический, питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 ° . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.
Рисунок 5.21 Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов
Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов
Этот тип двигателя подвержен увеличению величины тока и сдвигу во времени назад, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (импеданс) оставался небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте в этой главе.
Рисунок 5.22 Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора
Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют менее сложных для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.
Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском
На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает скорость. Более того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в двигателе с разделенной фазой сопротивления, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.В результате для таких тяжелых нагрузок, как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.
Рисунок 5.23 Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском
Конденсаторный асинхронный двигатель
Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового момента, но с оставлением конденсатора меньшего номинала на месте после запуска для улучшения рабочих характеристик, не потребляя чрезмерного тока.Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.
Рисунок 5.24 Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем
Пусковой конденсатор двигателя может быть неполярным электролитическим конденсатором с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например, при запуске двигателя. Конденсатор для работы двигателя должен иметь не электролитическую конструкцию, а полимерный конденсатор с более низкими потерями.
Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением
Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, меньший провод размещен под углом 90 ° к главной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает умеренный пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.
Рисунок 5.25 Сопротивление асинхронного двигателя с расщепленной фазой
Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время пуска, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.
Корректор коэффициента мощности Nola
Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы возникает из-за тока намагничивания, необходимого для статора. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя при уменьшении нагрузки двигателя.При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и КПД. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.
Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью нагруженного двигателя экономии нет, так как требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при напряжении более 104 В переменного тока, например, при работе холодильника на 117 В переменного тока. Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение в сети, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.
Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации. За него должно быть втрое легче платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.
Резюме: Однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
Вспомогательная обмотка конденсаторного двигателя с постоянным разделением и имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время пуска и работы.
Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.

Конденсаторный двигатель обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
Вспомогательная обмотка электродвигателя с разделенным фазным сопротивлением развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска из-за разницы в сопротивлении.

Характеристики двигателей постоянного тока | electricaleasy.com

Как правило, для двигателей постоянного тока важными считаются три характеристические кривые: (i) крутящий момент в зависимости отток якоря, (ii) зависимость скорости от тока якоря и (iii) зависимость скорости от крутящего момента. Они объясняются ниже для каждого типа двигателя постоянного тока. Эти характеристики определяются с учетом следующих двух соотношений.
T _a ∝ ɸ.I _a и N ∝ E _b / ɸ
Эти приведенные выше уравнения могут быть изучены при — ЭДС и уравнение крутящего момента машины постоянного тока. Для двигателя постоянного тока величина обратной ЭДС определяется тем же уравнением ЭДС генератора постоянного тока, т. Е.E _b = PɸNZ / 60A. Для машины P, Z и A постоянны, поэтому N ∝ E _b / ɸ
Характеристики двигателей постоянного тока серии
Зависимость крутящего момента от тока якоря (T
_a -I _a) Эта характеристика также известна как электрическая характеристика . Мы знаем, что крутящий момент прямо пропорционален произведению тока якоря и магнитного потока поля, T _a ∝ .I _a. В двигателях постоянного тока обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, т.е.е. Я _а = Я _ф. Следовательно, до магнитного насыщения поля поток прямо пропорционален Ia. Следовательно, до магнитного насыщения Ta α Ia ². Следовательно, кривая Ta-Ia является параболой для меньших значений Ia.
После магнитного насыщения полюсов поля поток не зависит от тока якоря Ia. Следовательно, крутящий момент изменяется пропорционально только Ia, T ∝ Ia. Следовательно, после магнитного насыщения кривая Ta-Ia становится прямой.
Крутящий момент на валу (Tsh) меньше крутящего момента якоря (Ta) из-за паразитных потерь.Следовательно, кривая Tsh vs Ia лежит несколько ниже.
В двигателях серии постоянного тока (до магнитного насыщения) крутящий момент увеличивается пропорционально квадрату тока якоря, эти двигатели используются там, где требуется высокий пусковой момент.
Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)
Мы знаем соотношение, N ∝ E _b / ɸ
При малом токе нагрузки (и, следовательно, при малом токе якоря) изменение обратной ЭДС Eb мало, и им можно пренебречь. Следовательно, при малых токах скорость обратно пропорциональна ɸ.Как известно, поток прямо пропорционален Ia, а скорость обратно пропорциональна Ia. Следовательно, когда ток якоря очень мал, скорость становится опасно высокой. Это , почему нельзя запускать серийный двигатель без некоторой механической нагрузки .
Но при больших нагрузках ток якоря Ia велик. Следовательно, скорость мала, что приводит к уменьшению обратной ЭДС Eb. Из-за уменьшения Eb допускается больший ток якоря.
Скорость в зависимости от крутящего момента (N-Ta)
Эта характеристика также называется механической характеристикой .Из двух приведенных выше характеристик двигателя постоянного тока можно обнаружить, что при высокой скорости крутящий момент низкий, и наоборот.
Характеристики параллельных двигателей постоянного тока
Крутящий момент в зависимости от тока якоря (Ta-Ia)
В случае параллельных двигателей постоянного тока можно считать, что поток поля постоянный. Хотя при больших нагрузках уменьшается незначительно из-за повышенной реакции якоря. Поскольку мы пренебрегаем изменением потока, мы можем сказать, что крутящий момент пропорционален току якоря.Следовательно, характеристика Ta-Ia для шунтирующего двигателя постоянного тока будет прямой линией, проходящей через начало координат.
Поскольку для большой пусковой нагрузки требуется большой пусковой ток, нельзя запускать параллельный двигатель при большой нагрузке .
Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)
Поскольку поток ɸ считается постоянным, можно сказать, что N ∝ Eb. Но поскольку обратная ЭДС также почти постоянна, скорость должна оставаться постоянной. Но практически, как и Eb, уменьшается с увеличением нагрузки. Обратная ЭДС Eb уменьшается немного больше, чем на, поэтому скорость немного уменьшается.Обычно скорость снижается только на 5–15% от скорости полной нагрузки. Следовательно, подмешивающий двигатель можно рассматривать как двигатель с постоянной скоростью. В зависимости скорости от тока якоря на следующем рисунке прямая горизонтальная линия представляет идеальную характеристику, а фактическая характеристика показана пунктирной линией.
Характеристики составного двигателя постоянного тока
Составные двигатели постоянного тока имеют как последовательную, так и параллельную обмотку. В составном двигателе, если последовательная и шунтирующая обмотки соединены таким образом, что последовательный поток имеет направление, совпадающее с направлением шунтирующего потока, то двигатель называется совокупно составным.И если последовательный поток противоположен направлению шунтирующего потока, то двигатель называется дифференциально составным. Характеристики обоих этих составных двигателей описаны ниже.
(а) Накопительный составной двигатель
Кумулятивные составные двигатели используются там, где требуются последовательные характеристики, но нагрузка, вероятно, будет полностью снята. Последовательная обмотка справляется с большой нагрузкой, в то время как шунтирующая обмотка предотвращает работу двигателя на опасно высокой скорости при внезапном снятии нагрузки.В этих двигателях обычно используется маховик, к которому применяются внезапные и временные нагрузки, как в прокатных станах.
(b) Дифференциальный мотор-редуктор
Поскольку в двигателях с дифференциальным полем последовательный поток противостоит шунтирующему потоку, общий поток уменьшается с увеличением нагрузки. Благодаря этому скорость остается почти постоянной или даже может немного увеличиваться с увеличением нагрузки (N ∝ E _b / ɸ). Дифференциальные составные двигатели обычно не используются, но они находят ограниченное применение в экспериментальных и исследовательских работах.
14 электрические характеристики двигателя, которые вы должны знать
Электрические характеристики двигателя
Электрические характеристики, такие как напряжение, частота и фаза источника питания, должны соответствовать номинальным характеристикам двигателя, указанным на паспортной табличке. Двигатель будет удовлетворительно работать при напряжении в пределах 10% от значения, указанного на паспортной табличке, или частоте в пределах 5%, или при комбинированном изменении напряжения и частоты, не превышающем 10%.
17 электрические характеристики двигателя, которые вы должны знать (на фото: Восстановленный электродвигатель Delco 1.5 л.
Энкодеры
Тепловая защита (перегрузка)
Устройства заземления вала
Экран Фарадея
Щетка заземления
Кольцо заземления вала
Изолированные подшипники
Характеристики скорости вращенияНапряжение
Обычные напряжения 60 Гц для однофазных двигателей: 115 В, 230 В и 115/230 В . Обычное напряжение 60 Гц для трехфазных двигателей составляет 230 В, 460 В и 230/460 Вольт . Иногда встречаются моторы на двести и 575 вольт.
В предыдущих стандартах NEMA эти напряжения были указаны как 208 или 220/440 или 550 вольт .
Двигатели с указанными на паспортной табличке напряжениями можно смело заменять двигателями, имеющими текущую стандартную маркировку 200 или 208, 230/460 или 575 вольт соответственно.
Двигатели на 115 / 208–230 вольт и 208–230 / 460 вольт в большинстве случаев будут удовлетворительно работать при 208 вольт, , но крутящий момент будет на 20% — 25% ниже . Для работы при напряжении ниже 208 вольт может потребоваться двигатель на 208 вольт (или 200 вольт) или использование более мощного двигателя со стандартным напряжением.
Паспортная табличка промышленного двигателя (фото предоставлено INYOPools.com)
Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

2. Фаза
Однофазные двигатели составляют до 80% двигателей, используемых в Соединенных Штатах, но используются в основном в домах и в вспомогательных промышленных установках малой мощности, таких как вентиляторы и на фермах.
Трехфазные двигатели обычно используются на более крупном торговом и промышленном оборудовании .
Вернуться к «Электрические характеристики двигателя» ↑

3. Ток (А)
При сравнении типов двигателей, ток полной нагрузки и / или коэффициент обслуживания являются ключевыми параметрами для определения надлежащей нагрузки на двигатель . Например, никогда не заменяйте двигатель типа PSC (постоянный разделенный конденсатор) на электродвигатель с заштрихованными полюсами, так как его ток обычно будет на 50–60% выше.
Сравните PSC с PSC, конденсаторный запуск с конденсаторным запуском и так далее.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

4. Герцы / частота
В Северной Америке 60 Гц (циклы) является обычным источником питания. Однако большая часть остального мира поставляется с мощностью 50 Гц .
Вернуться к «Электрические характеристики двигателя» ↑

5. Мощность в лошадиных силах
Ровно 746 Вт электроэнергии даст 1 л.с. , если двигатель может работать со 100% КПД, но, конечно, ни один двигатель не будет эффективен на 100%.Двигатель мощностью 1 л.с., работающий с КПД 84%, будет иметь общее потребление 888 Вт. Это составляет 746 Вт полезной мощности и 142 Вт потерь из-за тепла, трения и т. Д. (888 × 0,84 = 746 = 1 л.с. ).
Мощность в лошадиных силах также может быть рассчитана, если известен крутящий момент, по одной из следующих формул:
Вернуться к электрическим характеристикам двигателя ↑
6. Скорости
Приблизительное число оборотов в минуту при номинальной нагрузке для малых и средних двигателей. при 60 Гц и 50 Гц при номинальном напряжении следующие:
Тип двигателя 60 Гц 50 Гц Синхронная скорость
2-полюсный двигатель 3450 2850 4-полюсный электродвигатель 1725 1425 1800
6-полюсный электродвигатель 1140 950 1200
8-полюсный электродвигатель 850 900 Синхронная скорость (без нагрузки) может быть определена по следующей формуле:
Вернуться к разделу «Электрические характеристики двигателя» ↑

7.Класс изоляции
Системы изоляции классифицируются по стандартной классификации NEMA в соответствии с максимально допустимыми рабочими температурами . Это следующие:
Класс Макс. допустимая температура
A 105 ° C (221 ° F)
B 130 ° C (266 ° F)
F 155 ° C (311 ° F)
H 180 ° C (356 ° F)
* Повышение температуры двигателя плюс максимальная температура окружающей среды
Обычно заменяют двигатель на двигатель с таким же или более высоким классом изоляции.Замена на более низкую температуру может привести к преждевременной поломке двигателя. Повышение этих значений на каждые 10 ° C может сократить срок службы двигателя наполовину.
Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

8. Фактор обслуживания
Фактор обслуживания (SF) — это мера длительной перегрузочной способности, при которой двигатель может работать без перегрузки или повреждений, при условии, что другие параметры конструкции, такие как поскольку номинальное напряжение, частота и температура окружающей среды находятся в пределах нормы.
Пример: Двигатель 3/4 л.с. с SF 1,15 может работать при 0,86 л.с. (0,75 л.с. × 1,15 = 0,862 л.с. ) без перегрева или иного повреждения двигателя, если на двигателе подаются номинальное напряжение и частота. ведет. У некоторых двигателей коэффициент обслуживания на выше, чем у стандарта NEMA .
Производитель оригинального оборудования (OEM) нередко нагружает двигатель до максимальной допустимой нагрузки (сервисного фактора). По этой причине не заменяет двигатель с двигателем с такой же мощностью, указанной на паспортной табличке, но с более низким эксплуатационным коэффициентом .
Всегда проверяйте, что максимальная мощность заменяемого двигателя (номинальная мощность x SF) равна или выше, чем у заменяемого двигателя. Умножьте мощность на коэффициент обслуживания, чтобы получить максимальную потенциальную нагрузку.
Для удобства в этой таблице показаны стандартные коэффициенты обслуживания NEMA для двигателей различной мощности и скорости вращения.
1/41/3
Для двигателей с защитой от капель
Коэффициент обслуживания Синхронная скорость (об / мин)
HP 3600 1800 1200 900
1,35 1,35 1,35 1,35
1/2 1,25 1,25 1,25 1,25
1,15
1 1,25 1,15 1,15 1,15
1 1/2 вверх 1,15 1,15 1,15
970 9 коэффициент для полностью закрытых двигателей равен 1.0. Однако многие производители создают TEFC с коэффициентом обслуживания 1,15.
Вернуться к «Электрические характеристики двигателя» ↑

9. Конденсаторы
Конденсаторы используются во всех асинхронных двигателях с дробным HP, за исключением экранированных полюсов, расщепленных фаз и многофазных. Пусковые конденсаторы рассчитаны на то, чтобы оставаться в цепи очень короткое время (3-5 секунд), в то время как рабочие конденсаторы постоянно находятся в цепи. Конденсаторы классифицируются по емкости и напряжению.
Никогда не используйте конденсатор с напряжением ниже рекомендованного с новым двигателем! Допустимо более высокое напряжение.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

10. КПД
КПД двигателя — это показатель полезной работы, производимой двигателем, по сравнению с потребляемой им энергией (тепло и трение). Двигатель с КПД 84% и общей потребляемой мощностью 400 Вт вырабатывает 336 Вт полезной энергии (400 × 0,84 = 336 Вт ).
Потерянные 64 Вт (400 — 336 = 64 Вт) превращаются в тепла .
Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

11.Энкодеры
Энкодеры — это устройства, которые преобразуют сигнал , будь то движение в обратную связь по положению или скорости для системы управления движением. Возьмем конвейерную систему в качестве приложения. Вы хотите, чтобы конвейер работал со скоростью 100 футов в минуту. На валу двигателя, который приводит в движение этот конвейер, установлен энкодер.
Выходной сигнал энкодера поступает в контроллер, и пока выходной сигнал сообщает контроллеру, что все в порядке — двигатель работает с правильной скоростью — , он продолжает работать с текущей скоростью .
Если нагрузка на конвейер изменяется, как будто он перегружается из-за дополнительного веса продукта, добавленного на конвейер , контроллер должен заметить изменение импульсов от энкодера, так как скорость конвейера замедляется из-за этого дополнительный вес, и контроллер отправит на двигатель сигнал для увеличения скорости, чтобы компенсировать это изменение нагрузки.
Как только нагрузка вернется к стандартной ожидаемой нагрузке, система управления снова увидит сигнал от энкодера и замедлит двигатель до необходимой скорости.
Существует два основных типа энкодеров, поворотные и линейные , и каждый тип может использовать разные технологии измерения. Они бывают оптическими, магнитными или индуктивными. Оптические поворотные энкодеры являются наиболее распространенным типом используемых.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

12. Тепловая защита (перегрузка)
Термозащита, автоматическая или ручная, установленная в торцевой раме или на обмотке, предназначена для предотвращения перегрев двигателя, что может привести к возгоранию или повреждению двигателя.Протекторы обычно чувствительны к току и температуре. Некоторые двигатели не имеют встроенной защиты, но они должны иметь защиту, предусмотренную в общей конструкции системы для обеспечения безопасности.
Никогда не обходите защиту из-за ложного срабатывания ! Обычно это указывает на другую проблему, , такую как перегрузка или отсутствие надлежащей вентиляции .
Ни в коем случае не заменяйте и не выбирайте двигатель с защитой от тепловой перегрузки с автоматическим перезапуском для приложений, в которых приводимая нагрузка может привести к травмам, если двигатель неожиданно перезапустится.В таких приложениях следует использовать только тепловые перегрузки с ручным сбросом.
Основные типы устройств защиты от перегрузки включают:
Автоматический сброс: После охлаждения двигателя это устройство защиты от прерывания линии автоматически восстанавливает питание. Его не следует использовать там, где неожиданный перезапуск может быть опасен.
Ручной сброс: Это устройство защиты от прерывания линии имеет внешнюю кнопку, которую необходимо нажать, чтобы восстановить питание двигателя. Используйте там, где неожиданный перезапуск был бы опасен, например, на пилах, конвейерах, компрессорах и другом оборудовании.
Температурные датчики сопротивления : Точно откалиброванные резисторы устанавливаются в двигатель и используются вместе с прибором, поставляемым заказчиком, для определения высоких температур.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

13. Устройства заземления вала
Рекомендуется заземление вала (NEMA MG1 31.4.4.3) как эффективное средство защиты подшипников для двигателей, работающих от инверторная мощность.Напряжение на валу возникает в двигателях, питаемых от преобразователей частоты (VFD). Эти частотно-регулируемые приводы наводят напряжение на валу ведомого двигателя из-за чрезвычайно высокой скорости переключения биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), которые создают широтно-импульсную модуляцию, используемую для управления двигателями переменного тока.
Одного заземляющего устройства достаточно для сброса напряжения на валу от инверторного источника, тем самым защищая оба подшипника двигателей размером до 6085 рамы .
Существует четыре распространенных метода , которые могут минимизировать или устранить это повреждение подшипника , вызванное этими токами заземления:
Экран Фарадея,
Изолированные подшипники или керамические подшипники,
Щетка заземления или
Кольцо заземления
Экранирование кабель или провод между двигателем и частотно-регулируемым приводом также может значительно уменьшить эти выбросы.
Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

13.1 Экран Фарадея
Асинхронный двигатель с электростатическим экраном (ESIM) — один из подходов к решению проблемы напряжения на валу, поскольку изоляция снижает уровни напряжения ниже диэлектрического пробоя.
Это эффективно останавливает деградацию подшипников и предлагает одно решение для ускоренного износа подшипников, вызванного канавкой, вызванной частотно-регулируемыми приводами.
Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

13.2 Щетка заземления
Заземление вала путем установки заземляющего устройства обеспечивает альтернативный путь с низким сопротивлением от вала двигателя к корпусу двигателя. Это отводит ток от подшипников.
Значительно снижает напряжение на валу и, следовательно, ток в подшипниках , не допуская нарастания напряжения на роторе.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

13.3 Заземляющее кольцо вала
Заземляющее кольцо вала (SGR) похоже на заземляющую щетку, за исключением того, что эта щетка использует проводящие микроволокна , создавая путь с низким сопротивлением от двигателя.

Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

13.4 Изолированные подшипники
Изолированные или керамические подшипники исключают путь к земле через подшипник для прохождения тока.
Вернуться к Электрические характеристики двигателя ↑

14.Характеристики двигателей «крутящий момент-скорость»
Величина крутящего момента, создаваемого двигателем, обычно зависит от скорости. Эта характеристика крутящий момент-скорость зависит от типа и конструкции двигателя и часто отображается на графике крутящий момент-скорость .
Рисунок 2 — Типичный график крутящего момента-скорости
Некоторые важные факторы, указанные на графике, включают:
Пусковой крутящий момент — крутящий момент, создаваемый при нулевой скорости
Крутящий момент — минимальный крутящий момент, создаваемый во время ускорения от состояния покоя до рабочей скорости
Момент пробоя — максимальный крутящий момент, который двигатель может создать перед остановкой
Вернуться к электрическим характеристикам двигателя ↑
Ссылка // Базовое обучение для промышленного и коммерческого использования продукция LEESON
Характеристики электродвигателей | Электротехника
Для выбора надежного и эффективного двигателя важно, чтобы условия эксплуатации были хорошо известны.
Недостаточно просто указать выходную мощность в кВт и частоту вращения, но необходимо также знать следующие дополнительные сведения:
(i) Крутящий момент на валу во время работы, запуска и при различных нагрузках.
(ii) Ускоряющий момент и тормозной момент.
(iii) Частота переключения.
(iv) КПД двигателя при различных нагрузках.
(v) Прочие рабочие требования.
При изучении поведения двигателя, выбранного для конкретного ведомого агрегата, одна из первых проблем заключается в том, чтобы определить, соответствует ли характеристика скорости-момента двигателя требованиям, предъявляемым характеристикой скорость-момент ведомого агрегата.Поведение привода в переходный период пуска, торможения или переключения скорости также зависит от того, как характеристики скорости-момента двигателя и ведомого агрегата меняются в зависимости от скорости.
Поэтому обязательно изучить эти характеристики, чтобы иметь возможность правильно выбрать двигатель и получить экономичный привод.
1. Характеристики крутящего момента машин или механизмов:
Характеристика крутящего момента машины или механизма, заданная соотношением ω = f (T _L), определяется как соотношение между скоростью, с которой он работает, и моментом сопротивления или нагрузки, который он развивает.
Различные виды механизмов и машин обладают разными скоростно-крутящими характеристиками. Однако можно сделать несколько общих выводов, если использовать следующее эмпирическое уравнение для скоростно-крутящей характеристики некоторой приводной единицы промышленного оборудования —
T _L = T ₀ + (T _rn -T ₀) (ω / ω _n) ^x… (1,3)
, где T _L — крутящий момент полной нагрузки (или сопротивления), развиваемый устройством при скорости ω, to, T ₀ — крутящий момент сопротивления, развиваемый устройством из-за трения в его движущихся частях, T _rn — момент сопротивления, развиваемый блоком, когда он приводится в движение с его номинальной номинальной скоростью ω _n, а x — экспоненциальный коэффициент, характеризующий изменение момента покоя с изменением скорости.
Уравнение выше. (1.3) позволяет условно разделить скоростно-крутящие характеристики различных видов машин и механизмов на следующие категории:
и. Нагрузки, требующие постоянного крутящего момента на всех скоростях:
Такая нагрузка представляет для двигателя пассивный крутящий момент, который практически не зависит от скорости. Он также характеризуется потребностью в дополнительном крутящем моменте при очень близкой к нулевой скорости. Для этой характеристики x = 0 и момент нагрузки T _L не зависит от скорости.Моментная характеристика для таких нагрузок показана вертикальной линией на рис. 1.4. К таким нагрузкам относятся сухое трение, краны во время подъема, подъемные лебедки, механизм подачи станков, поршневые насосы, работающие при постоянном напоре, и конвейеры, обрабатывающие постоянный вес материала в единицу времени. В силовых приложениях его обычно называют моментом отрыва, а в системах управления — трениями (происходит от трения прилипания).
Поскольку он меняет знак при реверсировании вращения, характеристика момента сухого трения является прерывистой, как показано на рис.1.4.
ii. Нагрузки с линейно-восходящей характеристикой:
Такие характеристики скорость-крутящий момент, показанные прямой линией II на рис. 1.4, демонстрируются календарными машинами, вихретоковыми тормозами, генераторами постоянного тока с независимым возбуждением, обеспечивающими нагрузки с фиксированным омическим сопротивлением и жидкостное или вязкое трение. В этом случае x = 1 и момент нагрузки T _L возрастает прямо пропорционально скорости.
iii. Нагрузки с нелинейно-восходящей (параболической) характеристикой:
Для такой характеристики x = 2 и момент нагрузки T _L пропорционален квадрату скорости.Такая характеристика иллюстрируется кривой III на рис. 1.4. Нагрузка со значительной парусностью, крайним примером которой является вентилятор, имеет крутящий момент, который изменяется почти как квадрат скорости. Воздуходувки, центробежные насосы, гребные винты на кораблях или самолетах, водяные колеса, трение труб, скоростной напор насосов и т. Д. Также имеют такие же характеристики скорости-момента.
iv. Нагрузки с нелинейной падающей (гиперболической) характеристикой (или нагрузка с постоянной мощностью):
Для такой характеристики x = — 1 и момент нагрузки T _L обратно пропорционален скорости, в то время как мощность, необходимая для привода данного агрегата, остается неизменной.Такая характеристика иллюстрируется кривой IV на рис. 1.4. Под эту категорию нагрузок подпадают некоторые типы токарных, расточных, фрезерных и других видов металлорежущих станков, моталок сталелитейных заводов.
Перечисленные выше категории нагрузок не охватывают все случаи, которые могут встречаться на практике, но дают хорошее представление о характеристиках, типичных для многих видов промышленного оборудования. На практике мы можем встретить нагрузки, которые представляют собой комбинацию этих основных типов нагрузок.
2. Характеристики момента нагрузки-времени:
Возможно, изменение момента нагрузки во времени имеет такое же или большее значение при выборе двигателя. Это изменение в некоторых приложениях может быть периодическим и повторяющимся, причем один цикл изменения называется рабочим циклом.
Различные типы нагрузок с точки зрения характеристик момента нагрузки можно классифицировать следующим образом:
(i) Непрерывные, постоянные нагрузки, такие как бумагоделательные машины, центробежные насосы или вентиляторы, длительное время работающие в одних и тех же условиях.
(ii) Непрерывные переменные нагрузки, такие как подъемные лебедки, токарные станки по металлу, конвейеры и т. Д.
(iii) Пульсирующие нагрузки, такие как поршневые насосы и ткацкие станки, и вообще все машины, имеющие коленчатый вал.
(iv) Ударная нагрузка, такая как прокатные станы, ножницы, прессы, кузнечные молотки и т. Д. При таких нагрузках возникают явные, регулярные и повторяющиеся пики или импульсы нагрузки.
(v) Кратковременные нагрузки, такие как мотор-генераторные установки для зарядки аккумуляторов; серводвигатели используются для дистанционного управления зажимными стержнями сверлильных станков.
(vi) Кратковременные прерывистые нагрузки, такие как краны и подъемные механизмы, экскаваторы, роликовые поезда и т. Д.
Некоторые машины (например, шаровые мельницы) строго не относятся ни к одной из упомянутых выше категорий. Если бы такие нагрузки (шаровые мельницы, камнедробилки и т. Д.) Характеризовались частыми ударами сравнительно небольших пиков, было бы более целесообразно отнести их к категории непрерывных переменных нагрузок, а не ударных нагрузок. Иногда бывает довольно сложно провести различие между пульсирующими нагрузками и ударными нагрузками, поскольку обе они имеют периодический характер.
Один и тот же привод может быть представлен моментом нагрузки, который изменяется либо со скоростью, либо со временем. Наиболее подходящим примером является нагрузка вентилятора, момент нагрузки которой T _L пропорционален квадрату скорости, также является непрерывной постоянной нагрузкой.
3. Моменты нагрузки, изменяющиеся в зависимости от угла смещения вала:
Во всех машинах с коленчатыми валами, таких как поршневые насосы и компрессоры, рамные пилы и т. Д., Крутящий момент нагрузки изменяется в зависимости от углового смещения вала или ротора двигателя.Для всех таких машин крутящий момент нагрузки T _L может быть разделен на две составляющие: одна имеет постоянную величину T _av, а другая — переменную T _L ‘, которая периодически изменяется по величине в зависимости от углового положения вала. . Такие характеристики момента нагрузки для простоты можно представить в виде ряда Фурье в виде суммы колебаний основной и гармонической частот, т. Е.
Где θ = ωt, ω — угловая скорость вала двигателя, приводящего в действие компрессор.
Во время изменения скорости происходят только небольшие отклонения от фиксированного значения скорости ω _a, поэтому смещение может быть представлено как θ = (ω _a + Δω) t. Таким образом, переменная часть крутящего момента нагрузки может быть задана как —
Членом rΔωt, имеющим очень малую величину, можно пренебречь. Таким образом, ограничиваясь небольшими отклонениями по углу от положения равновесия, крутящий момент нагрузки, изменяющийся с угловым смещением вала, может быть преобразован в крутящий момент, который периодически изменяется w.r.t. время.
4. Моменты нагрузки в зависимости от пути или положения груза во время движения:
В Статье 1.9.1. учитывались моменты нагрузки, изменяющиеся со скоростью. Однако моменты нагрузки, зависящие не только от скорости, но и от характера пути, проходимого грузом во время его движения, действительно существуют как в подъемных механизмах, так и в транспортных системах. Например, сопротивление движению поезда, движущегося вверх по градиенту или выполняющего поворот, зависит от величины уклона или радиуса кривизны пути соответственно.
Сила из-за наклона задается как-
F _г = 1000 Вт sin θ кг. … (1,6)
Где, W — масса поезда в тоннах.
Но на железнодорожных работах уклон выражается как подъем в метрах на расстоянии 100 м пути и обозначается «процентным уклоном» (G%)
т.е. G = Sin θ x 100
или sin θ = G / 100
Подставляя sin θ = G / 100 в уравнение. (1.6) имеем —
F _г = 1000 Вт × Г / 100 = 10 ВтГ кг.… (1,7)
Сила тяги, необходимая для преодоления сопротивления кривизне, определяется по эмпирической формуле, приведенной ниже —
F _c = 700,000 Вт / об, кг… (1,8)
Где, R — радиус кривизны в метрах.
В подъемных механизмах, в которых не используются хвостовые или балансировочные тросы (рис. 1.7), крутящий момент нагрузки возникает не только из-за веса ненагруженной или загруженной кабины, но также из-за веса подъемных канатов или тросов, которые зависит от положения двух клеток.Когда клетка 1 находится в самом нижнем положении и ее нужно поднять вверх, весь вес веревки также должен быть перемещен вверх.
Когда обе клетки находятся на одинаковой высоте, вес поднимаемой веревки становится равным нулю, поскольку вес веревок с обеих сторон уравновешивает друг друга, будучи равной по длине. Когда клетка 1 находится в более высоком положении, чем клетка 2, часть веса веревки действует таким образом, чтобы способствовать движению клетки 1 вверх. В конечном итоге, когда клетка 1 достигает самого верхнего положения, весь вес каната веревка помогает движению вверх.
Сила, препятствующая движению груза вверх, F _r из-за переменного веса каната в зависимости от положения груза, определяется как —
Где W _r — общий вес веревки в кг, h — желаемая максимальная высота, на которую клетка должна быть перемещена вверх, в метрах, а x — высота клетки в любом произвольном положении снизу. максимальная позиция в метрах.
При больших значениях h сила F _r в значительной степени влияет на характеристики привода, используемого в подъемных механизмах, поскольку в такой ситуации вес каната может быть значительно больше, чем вес поднимаемого груза. вверх.Если мы используем хвостовые тросы, как показано пунктирными линиями на рис. 1.7, вес соединительного троса можно уравновесить и обеспечить почти плавное движение клеток.
5. Скоростные характеристики электродвигателя:
Характеристика скорости-момента двигателя определяется как соотношение между скоростью, с которой он работает, и крутящим моментом, который он развивает, то есть ω = f (T).
Практически все электродвигатели — с параллельной обмоткой, с последовательной обмоткой, комбинированные электродвигатели постоянного тока, асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и контактным кольцом, а также электродвигатели с коммутатором переменного тока имеют падающие характеристики скорости-момента, т.е.е., их скорость падает с увеличением момента нагрузки. Однако степень изменения скорости с изменением крутящего момента различается для различных типов двигателей и характеризуется так называемой жесткостью их скоростно-крутящих характеристик.
Моментные характеристики электродвигателя можно разделить на три основные группы:
1. Абсолютно жесткая (плоская) характеристика крутящего момента:
Характеристика, показывающая отсутствие изменения скорости при изменении момента нагрузки.Синхронные двигатели работают с такой характеристикой (горизонтальная прямая I на рис. 1.8).
2. Характеристики жесткого крутящего момента:
Характеристика, показывающая скорость, которая лишь незначительно падает с увеличением крутящего момента. Жесткая характеристика демонстрирует двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, это также верно для асинхронных двигателей в рабочем диапазоне характеристики скорость-момент (кривая II на рис. 1.8).
Характеристика скорости-момента асинхронного двигателя демонстрирует «жесткость», которая различается в зависимости от того, какая точка на характеристике принимается во внимание (рис.1.9). Между точками максимального крутящего момента при работе двигателя T _{max M} и максимального крутящего момента при работе генератора T _{max G} асинхронная машина будет демонстрировать довольно жесткую характеристику.
3. Характеристика плавной скорости:
Характеристика, показывающая значительное падение скорости с увеличением крутящего момента. Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением обладает такой характеристикой, особенно на участке характеристики с низким крутящим моментом (кривая III на рис.1.8). Для таких двигателей степень жесткости характеристики изменяется по всей кривой.
Двигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой, в зависимости от степени жесткости, отображаемой на их скоростно-крутящих характеристиках, могут рассматриваться как двигатели с жесткими или мягкими характеристиками.
6. Совместная скоростная характеристика электродвигателя:
Совместная работа электродвигателя и приводимого им блока, когда скорость имеет постоянное значение, соответствует условию баланса между крутящим моментом двигателя и моментом сопротивления, развиваемым ведомым блоком при заданной скорости.Когда крутящий момент сопротивления или нагрузки, развиваемый на валу двигателя ведомым блоком, претерпевает некоторое изменение, скорость и крутящий момент, развиваемые двигателем, изменятся автоматически, чтобы восстановить стабильную работу при новом значении скорости и момента нагрузки.
В случае неэлектрических первичных двигателей (водяная турбина, паровая турбина или дизельный / бензиновый двигатель) баланс между крутящим моментом сопротивления и приводным крутящим моментом достигается за счет использования регулятора соответствующего типа для управления притоком энергии в первичный двигатель посредством увеличение или уменьшение расхода воды, пара или топлива.В электродвигателях роль регулятора автоматики выполняет ЭДС двигателя. Эта способность электродвигателей поддерживать баланс системы привода при изменении крутящего момента сопротивления (нагрузки), развиваемого ведомым устройством, чрезвычайно ценно, поскольку этот крутящий момент очень часто в определенной степени нестабилен.
Это можно проиллюстрировать с помощью рис. 1.10, который иллюстрирует характеристику скорость-крутящий момент (кривая III) параллельного двигателя постоянного тока и две характеристики I и II производственной установки, приводимой в движение двигателем (например, конвейера). .
Характеристика I соответствует состоянию холостого хода конвейерной установки, в то время как характеристика II соответствует большему уровню момента нагрузки, развиваемого конвейером, когда он обрабатывает требуемый поток материала. Первоначально, когда конвейер работает без нагрузки, крутящий момент двигателя T = T, и двигатель работает со скоростью ω ₁. Как только конвейер начинает поддерживать поток материала, увеличение нагрузки на двигатель тормозит двигатель и снижает его скорость.Это заставляет двигатель развивать меньшую ЭДС.
Следовательно, ток якоря увеличивается, и двигатель начинает развивать больший крутящий момент. Крутящий момент двигателя увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута точка баланса, в которой крутящий момент, развиваемый двигателем, равен моменту сопротивления ведомого блока, то есть T = T ₂ (где скорость равна ω ₂). Эта новая точка также является общей как для характеристики II скорость-крутящий момент конвейера, так и для характеристики III скорости-момента двигателя.
При изучении работы двигателя и приводимого им агрегата иногда удобно использовать так называемую совместную характеристику крутящего момента электропривода, кривую, представляющую алгебраическую сумму характеристики крутящего момента и скорости привода. ведомый блок и приводной двигатель.
Характеристики скорости-момента вентилятора и приводного двигателя, а также совместная характеристика крутящего момента двигателя-вентилятора представлены кривыми I, II и III соответственно на рис.1.11.
Когда агрегат достигает постоянной скорости ω _s, двигатель работает с крутящим моментом T = момент нагрузки, T _L. В таких условиях крутящий момент, указанный на характеристике соединения, будет равен нулю. В этом случае работа агрегата на постоянной скорости ω _s будет стабильной, поскольку любое увеличение скорости приводит к отрицательному изменению (падению) крутящего момента, а любое снижение скорости приводит к положительному изменению (увеличению). в крутящем моменте.
Кривая III, таким образом, является примером совместной характеристики крутящего момента и скорости привода, который сможет работать стабильно.Если бы характеристика соединения имела форму кривой IV, работа не была бы стабильной, поскольку небольшое увеличение скорости приводит к ускорению, поскольку крутящий момент двигателя превышает крутящий момент нагрузки. С другой стороны, небольшое снижение скорости приводит к замедлению, поскольку крутящий момент двигателя становится меньше крутящего момента нагрузки.
Условия работы привода в установившемся режиме, описанные выше, представляют собой условия, необходимые для статической устойчивости привода, и применимы только тогда, когда скорость и крутящий момент меняются медленно.В периоды кратковременных (быстрых) изменений, связанных с динамической устойчивостью, условия устойчивости привода будут другими.
Обычно, когда электропривод рассчитан на конкретный привод, его скоростно-моментная характеристика известна заранее. Таким образом, проблема достижения стабильной работы в установившемся режиме при известных скоростях и моментах нагрузки ведомого агрегата состоит в выборе двигателя, характеристика скорости-момента которого будет совместима с характеристикой ведомого агрегата.
Этого можно достичь, сначала выбрав подходящий тип двигателя, а затем соответствующим образом изменив электрические параметры его цепей. Иногда для обеспечения требуемых скоростно-моментных характеристик становится необходимым создание специальных силовых и управляющих цепей для задействованного переключения приводного двигателя и аппаратуры управления.
7. Динамика сочетания двигателя и нагрузки:
При поступательном движении активная или движущая сила F _d уравновешивается силой сопротивления F _r, создаваемой ведомой машиной, и силой инерции m dv / dt, возникающей в результате изменения скорости.Когда вовлеченное тело имеет массу m, выраженную в кг, и скорость v, выраженную в м / с, сила инерции, как и другие силы, будет выражаться в ньютонах (кг-м / с ²).
Соответственно, уравнение равновесия сил при перемещении тела можно записать в следующей форме:
Уравнение равновесия крутящего момента при перемещении тела, соответственно, может быть записано в следующей форме:
Вышеупомянутое уравнение. (1.11) показывает, что крутящий момент T _M, развиваемый двигателем, уравновешивается моментом сопротивления или нагрузкой T _L, приложенным к его валу, и инерционным или динамическим крутящим моментом J (dω / dt). В приведенных выше уравнениях. В формулах (1.10) и (1.11) предполагается, что масса m задействованных тел и полярный момент инерции J привода остаются постоянными, предположение, которое справедливо для большого количества промышленных машин и механизмов. В некоторых приводах возникает необходимость иметь дело с переменным полярным моментом инерции, как в случае кривошипных приводов.
Из анализа уравнения. (1.11) можно определить различные состояния, в которых может оставаться электропривод, вызывающий вращение двигателя:
1. Когда T _M> T _L, dω / dt> 0, т.е. привод будет испытывать ускорение, в частности, набирая скорость для достижения номинальной скорости.
2. Когда T _M L , dω / dt <0, т.е. привод будет замедляться и, в частности, останавливаться.Очевидно, что замедление будет происходить и при отрицательных значениях крутящего момента двигателя. Двигатель развивает отрицательный крутящий момент, когда он переходит в режим торможения.
3. Когда T _M = T _L, dω / dt = 0, т.е. привод будет работать с постоянной скоростью.
Приведенные выше утверждения, а именно, что когда T _M> T _L привод ускоряется, и что когда T _M L привод замедляется, действительны только при нагрузке или ограничивающем моменте T _L. быть пассивным крутящим моментом.Обратное может произойти при нагрузках с активным моментом. Например, если для подъема лебедки включен двигатель, который опускается под собственным весом, до изменения направления вращения происходит замедление привода, когда T _M> T _L. В случае, если T _M L в описанной выше ситуации, когда двигатель был включен для перемещения лебедки вверх, нагрузка будет продолжать снижаться, и двигатель будет ускоряться, а не замедляться.
Момент инерции или динамический крутящий момент J (dω / dt) появляется только в переходных условиях, то есть при изменении скорости привода. Во время ускорения привода момент инерции противодействует движению привода, но во время торможения он поддерживает движение привода. Момент инерции, как по величине, так и по знаку, определяется как алгебраическая сумма крутящего момента двигателя и момента сопротивления и нагрузки.
С учетом вышеизложенного, знаки для T _M и T _L в формуле.(1.11), соответствующие двигательному режиму ведущей машины и пассивному нагрузочному моменту (или активному тормозному моменту) соответственно. В общем виде уравнение крутящего момента можно записать как —
Выбор знака, который будет помещен перед каждым крутящим моментом в приведенном выше уравнении. (1.12) зависит от условий эксплуатации и от характера момента сопротивления или нагрузки. Уравнение движения для привода позволяет определить зависимость крутящего момента, тока, скорости и пути от времени работы в переходных условиях.Все крутящие моменты в уравнении движения должны относиться к некоторому заданному элементу системы. Чаще всего и крутящий момент нагрузки, и динамический крутящий момент относятся к валу двигателя.
Пример:
Двигатель подключен к нагрузке, имеющей следующие характеристики:
и. Двигатель: T _м = 15 — 0,5ω _м
ii. Нагрузка: T _l = 0,5ω ² _м
Определите стабильную рабочую точку для этой комбинации.
Решение:
Стабильная работа будет достигнута при-
T _м = T _л
или 15 — 0,5ω _м = 0,5ω _м ²
или ω _м ² + ω _м-30 = 0
или ω _м = 5 или -6
Без минусовой цифры имеем —
ω _м = 5 и T = 12,5
Таким образом, стабильная рабочая точка (12.5, 5) Отв.
Приведенные моменты нагрузки и моменты инерции:
Двигатель обычно приводит в движение промышленную машину через некую систему трансмиссии, отдельные части которой работают с разными скоростями. При проведении практических расчетов возникает необходимость привязать крутящие моменты и массы отдельных деталей к какому-нибудь удобному элементу, например, к определенному валу.
Моменты нагрузки могут передаваться от одного вала к другому на основе баланса мощности системы.В этом случае учитываются потери мощности в промежуточных звеньях трансмиссии путем введения соответствующих значений КПД.
Пусть частота вращения вала двигателя ω _M, а частота вращения вала данной промышленной машины ω _L.
Исходя из равенства потоков мощности, имеем —
или момент нагрузки относительно вала двигателя,
, где T _L — крутящий момент нагрузки, η _T — коэффициент полезного действия трансмиссии, i — передаточное число скоростей, равное ω _M / ω _L.
Когда существует несколько ступеней трансмиссии между приводным двигателем и ведомой машиной, как схематично показано на рис. 1.12, с передаточными числами i ₁, i ₂,…, i _n и соответствующими коэффициентами полезного действия трансмиссии η _T1, η _T2…, η _Tn, момент нагрузки, относящийся к валу двигателя, задается как-
Моменты инерции относятся к данному валу на основании того, что общее количество кинетической энергии, накопленной в движущихся частях и относящееся к данному валу, остается неизменным.С вращающимися частями, имеющими полярные моменты инерции J _M, J ₁, J ₂,…, J _n и угловые скорости ω _M, ω ₁, ω ₂, … Ω _n (рис. 1.12), их динамическое действие может быть заменено действием одного полярного момента инерции, относящегося, например, к валу двигателя, и мы можем записать следующие уравнения:
Пример:
Двигатель передает вращательную нагрузку через редуктор с передаточным отношением зубьев a = 0.1 и КПД 90%. Груз имеет момент инерции 10 кг-м ² и крутящий момент 50 Н-м. Двигатель имеет инерцию 0,4 кг-м ² и работает с постоянной скоростью 1400 об / мин. Определите эквивалентную инерцию двигателя и комбинации нагрузки со стороны двигателя и мощность, развиваемую двигателем.
Характеристики и характеристики электродвигателей
Кривая характеристик
На первой декартовой шкале показаны крутящий момент в [Нм] (ось X), скорость вращения в [об / мин] (ось Y1), потребление тока в [A] (ось Y2) , КПД (ось Y3).
— Для полноты только на этом графике представлена кривая выходной мощности в [Вт] (ось Y4). В технических паспортах кривой выходной мощности нет.
Ниже перечислены эталонные параметры и объясняется, как считывать характеристическую кривую.
Зона непрерывного функционирования S ₁
Номинальное натяжение V _n [V] Напряжение питания
Скорость холостого хода n ₀ [об / мин] Скорость двигателя без нагрузки
Ток холостого хода I ₀ [A] Ток, потребляемый двигателем без нагрузки
Номинальная скорость η _N [об / мин] Минимальная скорость, с которой двигатель может работать непрерывно
Номинальный крутящий момент M _N
[Нм] Максимальный крутящий момент, с которым двигатель может работать непрерывно
Номинальный ток I _n [A] Максимальный ток, при котором двигатель может работать непрерывно
Тормозной момент M _s [Нм] Крутящий момент при заблокированном роторе
Стояночный ток I _s [A] Ток при заблокированном роторе
Максимальная мощность P _{макс. (- 1)] / [V * A].}
Как читать характеристическую кривую
Каждому значению крутящего момента соответствует значение тока и скорости. Каждая точка, соответствующая определенной нагрузке, расположена на идеальной вертикальной линии, начинающейся от значения крутящего момента на оси «x».
Затем на диаграмме определяется область, называемая «непрерывной рабочей областью», которая охватывает все рабочие условия до линии, определяющей номинальные значения.
Номинальная рабочая нагрузка — последняя в порядке возрастания приложенной нагрузки, при которой двигатель может работать непрерывно без повреждений.
Номинальные значения, указанные в технических паспортах, являются ориентировочными значениями, и для сертификации продукта необходимо провести испытание на срок службы.
Что касается срока службы двигателя постоянного тока или редукторного двигателя постоянного тока , нет параметра, который бы точно определял, как долго может работать двигатель при определенной нагрузке и с определенным рабочим циклом.
У каждого применения есть свои особенности, такие как механическое трение, образование пиков, особые условия окружающей среды, которые также могут сильно повлиять на срок службы щеток.
Допуски характеристических кривых
Если не указано иное, это должно рассматриваться как допуск для скорости, область между двумя линиями, параллельная линии скорости, рассчитанная из значений +/- 10% скорости холостого хода.
Для тока следует учитывать допуск +/- 10% от каждого значения тока.
Эти допуски применяются, когда двигатель «холодный» (20 ° C).
2-3-3.Характеристики асинхронных двигателей
Как описано в главе 1, синхронная скорость вращения двигателя с магнитным полем определяется по следующей формуле:
N _S: Синхронная скорость вращения (оборотов в минуту) [об / мин] N ₀: Синхронная скорость вращения (оборотов в секунду) [об / сек]
f: Частота источника питания [Гц] p: Число полюсов двигателя
Накладка
Когда мы думаем об асинхронных двигателях, это важный момент.То есть катушка должна пересекать магнитное поле, чтобы через катушку протекал ток.
Для этого должна быть относительная разница скоростей между магнитным полем и катушкой.
Из-за этой разницы скоростей двигатель вращается со скоростью, немного меньшей, чем синхронная скорость.
Это отличие скорости от синхронной скорости называется скольжением и обозначается символом s. Скольжение s выражается следующей формулой:
N: Скорость вращения ротора [об / мин] N _S: Синхронная скорость вращения [об / мин]
Скольжение обычно выражается в процентах.Скольжение силового асинхронного двигателя составляет от 2 до 3%, когда двигатель работает при номинальной нагрузке. Вышеуказанное значение становится несколько больше для небольших однофазных двигателей.
Скорость вращения и крутящий момент
На рис. 2.40 показаны характеристики асинхронных двигателей. Когда двигатель сконструирован таким образом, что сопротивление алюминиевого проводника ротора уменьшается, его эффективность увеличивается в диапазоне высоких скоростей. И с другой стороны, когда двигатель спроектирован так, чтобы иметь высокое сопротивление, он имеет повышенный крутящий момент в диапазоне низких скоростей.
В области справа от максимального крутящего момента на характеристической кривой увеличение нагрузки не так сильно снижает скорость двигателей с низким сопротивлением. Крутящий момент увеличивается и становится стабильным.
А именно, скорость этих двигателей остается практически неизменной, несмотря на изменения нагрузки.
На рис. 2.41 показаны характеристики этих двигателей с учетом крутящего момента по горизонтальной оси и скорости вращения по вертикальной оси с добавлением тока и эффективности.
Сравнивая этот график с приведенными выше характеристиками двигателей постоянного тока, вы обнаружите следующие характеристики асинхронных двигателей.
● Изменения нагрузки не сильно влияют на их скорость, хотя их крутящий момент изменяется.
● Связь между крутящим моментом и током не линейна.
рисунок> Рис. 2.40 Крутящий момент и частота вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (характеристики N-T) Рис. 2.41 Нагрузочные характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (Пример)
Характеристики электродвигателей | Простой электродвигатель
Характеристики электродвигателей:
Простой электродвигатель : В преобразователях частоты вращения в промышленности в качестве приводных двигателей используется простой электродвигатель, главным образом потому, что они обладают рядом особых преимуществ. Характеристики электродвигателей…
Торможение асинхронного двигателя : Три типа торможения асинхронного двигателя, а именно рекуперативное, динамическое и противоточное торможение, также могут выполняться с помощью асинхронных двигателей.Рекуперативное торможение Когда ротор…
Торможение синхронного двигателя : Для торможения синхронного двигателя используются следующие методы: рекуперативное торможение при работе от источника переменного тока; реостатическое торможение.
Характеристики двигателя постоянного тока : Двигатели постоянного тока относятся к типу с вращающимся якорем. Обмотка якоря представляет собой замкнутую обмотку через коммутатор.Питание якоря осуществляется через щетки…
Характеристики синхронного двигателя : Характеристики синхронного двигателя — это двигатели с постоянной скоростью. Скорость двигателя определяется числом полюсов и частотой. По сравнению с асинхронным двигателем…
Характеристики трехфазного асинхронного двигателя : Рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя могут быть получены с использованием примерной эквивалентной схемы, показанной на рис.1.20 (а). В схеме Векторная диаграмма…
Электрические тормоза двигателей постоянного тока : Электрические тормоза двигателей постоянного тока — При работе с электрическими приводами часто необходимо быстро остановить двигатель, а также реверсировать его. Характеристики электродвигателей…
Управление скоростью двигателя постоянного тока : В предыдущих разделах мы обсудили характеристики крутящего момента двигателей постоянного тока, выявив влияние на них изменения напряжения якоря и тока возбуждения.Обсуждение…
Скорость крутящего момента, характеристика параллельного двигателя постоянного тока: Предыдущее обсуждение показывает, что изменение напряжения якоря дает медленную скорость. Простой реостатический метод обеспечивает шунтирующий двигатель постоянного тока с характеристикой крутящего момента и крутящего момента с небольшим…
Характеристика крутящего момента двигателя постоянного тока с независимым возбуждением : Уравнение схемы характеристики крутящего момента двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, якорь которого состоит из Z-проводников и намотан…
Характеристики крутящего момента комбинированного двигателя постоянного тока : Схема характеристик крутящего момента комбинированного двигателя постоянного тока показана на рис.
This entry was posted in Разное. Bookmark the permalink.
Post navigation
← Previous
Next →
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Авто
Бамперы
Ремонт
Своими руками
Советы
Разное
2019 © Все права защищены.