0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое номинальный режим работы асинхронного двигателя

6.2 Номинальные режимы работы электродвигателей

По условиям нагревания различают восемь режимов работы электродвигателей, обозначемых S1, S2, … S8.

S1. Продолжительный номинальный режим

Характеризуется тем, что за время работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя τ достигает установившегося значения уст. Под температурой перегрева понимают разность τ=t°-tокр.ср. Идеализированная нагрузочная диаграмма P=f(t) и кривая =f(t) изображены на рис. 6.2.1. В таком режиме работает электропривод таких механизмов, как вентиляторы, насосы, транспортеры.

S2. Номинальный кратковременный режим

Характеризуется тем, что за время кратковременной работы tк с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время отключенного состояния двигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды.

Идеализированная нагрузочная диаграмма электропривода и кривая изменения температуры перегрева представлены на рис. 6.2.2. В таком режиме работает, например, электропривод механизмов с моментом сопротивления, обусловленным вязким трением. Длительность кратковременной работы стандартизована и составляет 15, 30, 60, 90 минут.

S3. Номинальный повторно-кратковременный режим

Характеризуется тем, что за время работы с номинальной нагрузкой температура перегрева не достигает установившегося значения, а за время паузы, двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Идеализированная нагрузочная диаграмма и кривая =f(t) изображены на рис. 6.2.3. Для характеристики этого режима принят символ ПВ% (продолжительность включения)

.

Используется и понятие относительной продолжительности включения ε

.

Время цикла не должно превышать 10 минут. Стандартные значения ПВ%: 15%, 25%, 40%, 60%.

S4. Номинальный повторно-кратковременный режим с частыми пусками

Характеризуется тем же, что и режим S3, но в этом режиме на нагрев двигателя существенно влияют пусковые потери. Идеализированная нагрузочная диаграмма и кривая =f(t) изображены на рис. 6.2.4.

.

Нормируемые значения ПВ% те же, что и для режима S3. Стандартное число пусков в час 30, 60, 120, 240.

Для этого режима используется также такой показатель, как коэффициент инерции, представляющий отношение суммарного приведенного к валу двигателя момента инерции всей системы электропривода, к моменту инерции ротора или якоря самого двигателя .

Нормированные значения коэффициента инерции 1,2; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10.

S5. Номинальный повторно-кратковременный режим с частыми пусками и электрическим торможением

Этот режим также характеризуется тем же, что и режим S3, но в этом режиме на нагреве двигателя сильно сказываются потери при пуске и торможении.

.

Нормируемы значения ПВ% и числа пусков такие же, что и для режима S4. Значения коэффициента инерции Fу 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4.

Идеализированная нагрузочная диаграммы и кривая τ(t) приведена на рис. 6.2.5.

S6. Номинальный перемежающийся режим

Характеризуется тем, что за время работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время холостого хода он не охлаждается до температуры окружающей среды. Для обозначения этого режима используется символ ПН% (продолжительность нагрузки)

.

Продолжительность цикла не должна превышать 10 минут. Нормированные значения ПН% = 15, 25, 40, 60%.

Соответствующий график P=f(t) и τ=f(t) изображены на рис. 6.2.6.

S7. Номинальный перемежающийся режим с частыми реверсами

Характеризуется тем, что периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами реверса, причем периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы температура перегрева могли достигнуть установившихся значений. В этом режиме потери при реверсе оказывают существенное влияние на нагрев двигателя, работающего без остановки.

Числом реверсов в час 30, 60, 120, 240. Коэффициентом инерции такой же, что и в режиме S5.

Идеализированная нагрузочная диаграммы и кривая τ=f(t) приведена на рис. 6.2.7.

S8. Номинальный перемежающийся режим с двумя и более скоростями

Это режим, при котором периоды с одной нагрузкой и соответствующей ей угловой скорости чередуются с периодами работы с другой нагрузкой и соответствующей ей угловой скорости.

Потери энергии при переходе с одной скорости на другую в этом случае оказывают существенное влияние на нагрев двигателя, но периоды нагрузки на каждой из угловых скоростей не настолько длительны, чтобы температура перегрева двигателя могла достичь установившегося значения.

Данный режим характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции и продолжительностью нагрузки на отдельных участках работы

Нормированные значения числа циклов в час: 30, 60; 120, 240. Коэффициент инерции: 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4.

Выбор асинхронных двигателей для различных приводов и условий эксплуатации

Потребность предприятий в трехфазных низковольтных асинхронных двигателях покрывается в основном двумя сериями электродвигателей – 4А и АИ. В каждой серии имеются тысячи типоразмеров электродвигателей. Поэтому перед потребителями этих двигателей всегда возникает непростой вопрос правильности выбора электродвигателя по целому ряду важнейших параметров. К ним, в первую очередь, можно отнести: число фаз, напряжение и частоту сети, номинальную мощность, частоту вращения, соединение обмоток, тип ротора (короткозамкнутый или фазный), монтажное исполнение, степень защиты от окружающей среды, климатическое исполнение, основное исполнения двигателя, электрические модификации или специализированные исполнения (по условиям окружающей среды, по точности установочных размеров) и др. Надежность работы электродвигателей в значительной степени зависит от правильности их выбора.

В сериях 4Аи и АИ учтены рекомендации Международной организации по стандартизации (ИСО) и Международной электротехнической комиссии (МЭК). Рассмотрим основные из них.

Номинальные режимы работы

Все возможные режимы работы могут быть разбиты на 8 групп. Основной стандарт на электрические машины ГОСТ 183-74, в соответствии с рекомендациями МЭК, предусматривает следующие режимы работы S1 – S8, которые необходимо иметь в виду при выборе мощности электродвигателей.

Продолжительный режим работы S1.

Это работа электродвигателя при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения неизменной температуры всех ее частей (рис. 1).

Читать еще:  Газель какой лучше выбрать двигатель

Кратковременный режим работы S2.

Это работа электродвигателя при неизменной нагрузке в течение времени, недостаточного для достижения всеми частями электродвигателя установившейся температуры, после чего следует остановка двигателя на время, достаточное для его охлаждения до температуры, не более чем на 2 о С превышающей температуру окрыжающей среды. На рис. 2 приведен график кратковременного режима работы S2.

Повторно-кратковременный режим работы S3.

Это последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы при неизменной нагрузке, при которой электродвигатель не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки, за которое электродвигатель не охлаждается до температуры окружающей среды. На рис. 3 приведен график повторно-кратковременного режима работы.

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов S4.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время пуска, достаточно длительное для того, чтобы пусковые потери оказывали влияние на температуру частей электродвигателя, время работы при постоянной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры и время стоянки, за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды. На рис. 4 приведен график повторно-кратковременного режима работы с влиянием пусковых процессов.

Повторно-кратковременный режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S5.

Это последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает достаточно длительное время пуска, время работы при постоянной нагрузке, за которое электродвигатель не нагревается до установившейся температуры, время быстрого электрического торможения и время стоянки, за которое электродвигатель не охлаждается до температуры окружающей среды. На рис. 5 приведен график повторно-кратковременного режима работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением.

Перемежающийся режим работы S6.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с постоянной нагрузкой и время работы на холостом ходу, причем длительность этих периодов такова, что температура электродвигателя не достигает установившегося значения. На рис. 6 приведен график перемежающегося режима работы.

Перемежающийся режим работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением S7.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает достаточно длительный пуск, работу с постоянной нагрузкой и быстрое электрическое торможение. Режим не содержит пауз. На рис. 7 приведен график перемежающегося режима работы с влиянием пусковых процессов и электрическим торможением.

Перемежающийся режим с периодически изменяющейся частотой вращения S8.

Это последовательность идентичных циклов, каждый из которых включает время работы с неизменной нагрузкой и неизменной частотой вращения, затем следует один или несколько периодов при других постоянных нагрузках, каждый из которых соответствует своя частота вращения. Режим не содержит пауз. Этот режим имеет место при переключении числа пар полюсов асинхронного двигателя. На рис. 8 приведен график перемежающегося режима работы с периодически изменяющейся частотой вращения S8.

Приведем некоторые примеры механизмов, работающих в перечисленных режимах работы. Вентиляторы работают в режиме S1. Дробилки – в режимах S1 или S2. Пилы – в режимах S1 или S3. Машины барабанного типа – в режимах от S1 до S4. Манипуляторы, толкатели, кантователи – в режимах от S1 до S5. Подъемники – в режиме S2, S3 или S6.

Следующим номинальным стандартизированным параметром, который принят для серий 4А и АИ являются номинальные мощности электродвигателей.

Предусмотрены следующие номинальные мощности (в пределах от 0,06 до 1000 кВт): 0,06; 0,09; 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75; 90; 110; 132; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800 и 1000 кВт.

Степени защиты от внешних воздействий

Электрические машины имеют различные исполнения по защите от внешних воздействий, которые, с одной стороны, должны обеспечить защиту обслуживающего персонала от прикосновения к токоведущим или вращающимся частям, а с другой – защиту машины от попадания внутрь ее твердых посторонних тел и воды. Согласно рекомендаций МЭК обозначение степеней защиты состоит из букв IP (International, Protection) и следующих за ними цифр. Первая цифра характеризует степени защиты от прикосновения и от проникновения твердых тел в машину. Вторая цифра характеризует степень защиты машины от проникновения воды.

В асинхронных двигателях серии 4А и АИ использованы следующие степени защиты от окружающей среды:

IP23 – электродвигатель, защищенный от попадания твердых тел размером более 12 мм и от дождя (защищенная машина);

IP44 – электродвигатель, защищенный от попадания твердых тел размером более 1 мм и от водных брызг (закрытая машина);

IP54 – электродвигатель полностью защищен от соприкосновения персонала к токоведущим и вращающимся частям; пыль, попадая внутрь машины не нарушает ее нормальную работы; двигатель защищен от водяных брызг (закрытая машина).

На рис. 9 приведены принципиальная конструкция асинхронного двигателя закрытого исполнения (степень защиты IP44).

На рис. 10 дана принципиальная конструкция асинхронного двигателя защищенного исполнения (степень защиты IP23).

При выборе асинхронных двигателей для определенного вида привода обязательно следует учитывать степень защиты его от внешних воздействий.

Степень охлаждения

Способы охлаждения электрических машин также стандартизированы в соответствии с рекомендациями МЭК. Обозначение способов охлаждения состоит из букв IC (International, Cooling) и следующей за ними характеристиками цепей охлаждения. При охлаждении воздухом после букв IC следуют цифры, которые указывают на устройство цепи для циркуляции хладоагента и способ его перемещения.

Для асинхронных двигателей серий 4А и АИ используются следующие обозначения способов охлаждения: IC01 – защищенная машина с самовентиляцией; вентилятор расположен на валу машины; IC0141 – закрытая машина, обдуваемая наружным вентилятором, расположенным на валу машины.

Читать еще:  Vw vento технические характеристики двигателя

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей.

Холостой ход.

Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток.

Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться. Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке). По обмотке статора проходит ток холостого хода I, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора). Для уменьшения тока I в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры.

Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие. Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим.

Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается.

При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки. При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cosφ1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260).

Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ΔРэл1 и ротора ΔРэл2, магнитные ΔРм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ΔРмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух.

Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора.

Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cosφ2 (здесь φ2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора).

Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;

cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников.

Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором. Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем.

Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — φ2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге φ2 — тормозящие силы. Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол φ2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

Читать еще:  Что такое лямбда на двигателе шевроле лачетти

Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cosφ2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

Основные сведения об асинхронных электродвигателях — Нагрев, режимы работы, характеристики

Содержание материала

  • Основные сведения об асинхронных электродвигателях
  • Нагрев, режимы работы, характеристики

Преобразование двигателем электрической энергии в механическую неизбежно сопровождается ее потерями. Потери мощности происходят на активном сопротивлении обмоток статора и ротора, при трении, в сердечнике статора и т. д. Основная доля потерь обусловлена все же потерями в обмотках статора и ротора ( закон Джоуля—Ленца: Q = PRt).
Энергия, теряемая двигателем, преобразуется в теплоту и идет на его нагревание. В момент включения двигателя в работу температура его равна температуре окружающей среды Тос. Вся теплота, выделяющаяся в электродвигателе, идет на его нагрев. В дальнейшем, с повышением температуры, теплота от двигателя начинает поступать в окружающую среду, а затем наступает момент, когда вся выделившаяся теплота рассеивается в ней. Нагрев электродвигателя заканчивается, и его температура равна установившемуся значению Тдв.
После отключения двигатель начинает охлаждаться. Однако время охлаждения больше времени нагрева, поскольку в этом случае вентилятор электродвигателя не работает.
Допустимая температура нагрева двигателя определяется классом изоляции обмотки статора. Как известно, обмотка статора выполняется из медного обмоточного провода с изоляцией в виде тонкой пленки из полимерного лака. Эта изоляция в зависимости от марки провода выдерживает нагрев не более 130 °С, после чего начинает трескаться и осыпаться. Неизолированные витки обмотки замыкаются между собой, т. е. происходит короткое замыкание питающей цепи. В этом случае говорят, что обмотка «сгорает».
Температура двигателя зависит от многих факторов: температуры окружающей среды, условий охлаждения, режимов работы двигателя и т. д. Поэтому основной критерий при выборе конкретного двигателя для электропривода — его тепловой режим (нагрев).

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Номинальным режимом работы электродвигателя называют такой режим, при котором он может работать неограниченное время. При этом температура его основных частей не должна выходить за пределы допустимых значений. Номинальный режим указывают в паспорте электродвигателя условным обозначением S1, S2, S3 и т. д. В сельском хозяйстве используют электродвигатели с тремя основными номинальными режимами работы: продолжительным S1, кратковременным S2 и повторно-кратковременным S3.
Продолжительный режим характеризуется тем, что температура двигателя при работе с постоянной нагрузкой достигает установившегося значения. Температура считается установившейся, если в течение 1 ч она увеличивается не более чем на 1 °С. В продолжительном режиме работают двигатели вентиляторов, зерноочистительных машин, молотковых дробилок и др.
При кратковременном режиме работы температура не успевает достигнуть установившегося значения, а пауза между включениями столь продолжительна, что температура двигателя снижается до температуры окружающей среды. В паспорте такого электродвигателя укавши максимально допустимое время работы, при превышении которою он выйдет из строя. В кратковременном режиме работают двигатели привода задвижек, установленных на ороси тельных трубах.
При повторно-кратковременном режиме кратковременные периоды нагрузки чередуются с непродолжительными периодами отключения двигателя. Номинальной длительностью цикла считают 10 мин. Относительную продолжительность включенного состояния выражают в процентах, называют ПВ % и указывают в паспорте. Такие двигатели не предназначены для продолжительного режима работы.

ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Зависимость механического вращающего момента (произведение силы на радиус вращения), который создает электродвигатель, от частоты вращения ротора называется механической характеристикой (рис. 4).
В начале пуска при неподвижном роторе (п2 — 0) двигатель имеет некоторый момент, который называется пусковым (Мп). Под действием этого момента ротор раскручивается, скорость его вращения увеличивается и соответственно увеличивается момент на валу, достигая максимального (критического) значения Ммах. После этого при дальнейшем увеличении частоты вращения двигатель переходит в номинальный режим работы, в котором момент вращения двигателя Мн уравновешивает момент сопротивления нагрузки.
С увеличением момента нагрузки, как видно из рисунка 4, уменьшается частота вращения двигателя. Если момент нагрузки превысит критическое Ммах, то двигатель остановится и будет стоять до тех пор, пока момент нагрузки не уменьшится до значения пускового момента.

Рис. 4. Механическая характеристика асинхронного двигателя
Зависимость основных параметров двигателя: КПД (η), cos φ, потребляемых тока и мощности, а также частоты вращения ротора от механической мощности нагрузки принято называть рабочей характеристикой (рис. 5).
Ток, протекающий по обмотке статора во время пуска, и момент, когда ротор еще неподвижен, принято называть пусковым током. Характерная особенность асинхронного двигателя — большое значение пускового тока, который в 5. 10 раз больше номинального.
На рисунке 5 показаны изменения во времени тока статора и частоты вращения ротора в процессе пуска асинхронного двигателя. По мере увеличения частоты вращения ротора ток уменьшается и при номинальной частоте вращения пн становится равным номинальному.

Рис. 5. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя

Рис. 6. Пуск асинхронного двигателя
Теплота, выделяемая в обмотках, пропорциональна квадрату тока, но поскольку процесс пуска быстротечен, обмотка двигателя не успевает нагреваться. Если же по какой- либо причине остановить (заклинить) ротор работающего двигателя, то ток в его обмотке станет равным пусковому (5. 10) и, следовательно, количество теплоты, выделяющееся на обмотке, увеличится в 25. 100 раз. Температура обмотки увеличится и быстро достигнет критической, обмотка «сгорит», и двигатель выйдет из строя. Поэтому тормозить работающий двигатель более чем на 1. 2 мин не рекомендуется.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector