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

Формула зависимости оборотов двигателя от частоты

Зависимость рабочих характеристик насоса от частоты вращения

ОБЕСПЕЧИВАЕМ ПОЛНЫЙ ЦИКЛ РАБОТ: ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ-МОНТАЖ-ГАРАНТИЙНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ.

Частота вращения и зависимость рабочих характеристик насоса от частоты вращения

Частота вращения насоса представляет собой число оборотов вала насоса в единицу времени, обозначается литерой n и измеряется в оборотах в минуту (об/мин). Частота вращения насосов, приводимых в действие индукционными двигателями с частотой питающего напряжения 50Гц, составляет 2750 — 2950 оборотов в минуту для 2-х полюсного двигателя и 1375 — 1475 оборотов в минуту для 4-х полюсного двигателя. Другая частота вращения вала двигателя также допускается для работы насосного оборудования при соблюдении и в пределах расчетных ограничений.

Из курса электротехники общеизвестно, что частота вращения магнитного поля в электродвигателе пропорциональна напряжению питающей цепи. При частоте напряжения в сети 50 Гц синхронная частота n1 вращения магнитного поля составляет 3000 оборотов в минуту. Так как насосы приводятся в действие в подавляющем большинстве случаев асинхронными двигателями частота вращения вала асинхронного двигателя всегда будет ниже синхронной частоты вращения магнитного поля с учетом величины скольжения. Вращение ротора асинхронного двигателя связано формулой с числом пар полюсов, скольжением и частотой питающего напряжения:

Формула показывает, что для изменения частоты вращения вала асинхронного двигателя достаточно внести изменения в количество пар полюсов (p), скольжение ротора (s) или изменить частоту питающего напряжения (f1).

Регулирование оборотов электродвигателя путем изменения числа пар полюсов позволяет получить только ступенчатое изменение скорости вращения, что часто оказывается неприемлемым для обеспечения требуемых параметров работы электронасоса. Исключение составляет ряд циркуляционных насосов, допускающих ступенчатое регулирование. Для асинхронных двигателей насосов с короткозамкнутым ротором регулирование числа оборотов двигателя изменением скольжения не применяется. Изменение частоты питающего напряжения — наиболее приемлемый, эффективный и совершенный способ регулирования, позволяющий обеспечить бесступенчатое плавное изменение гидравлических, электрических и механических характеристик электронасоса. Но на сегодняшний день этот способ регулирования требует применения дополнительного оборудования управления — преобразователя частоты асинхронного двигателя.

В отсутствии влияния кавитации на работу насоса изменение частоты вращения электродвигателя будет сопровождаться изменением характеристик насоса в соответствии с законами подобия:

1. Производительность Q пропорциональна отношению частоты вращения:

2. Манометрический напор H пропорционален отношению частоты вращения в квадрате:

3. Потребляемая мощность N пропорциональна отношению частоты вращения в кубе:

Как видно из формул подобия незначительное изменение частоты вращения вала сопровождается значительными изменениями в потреблении электроэнергии. Например, центробежный насос, работающий с питанием от сети 50 Гц, со скоростью оборотов двигателя 2950 об/мин, при уменьшении частоты в сети до 40 Гц, снизит число оборотов, соответственно, до 2360 об/мин и производительность на 20%. При этом в соответствии с законами подобия потребление энергии сократится на 50%.

Правильная мощность двигателя и преобразователя частоты

Производители электродвигателей и частотных преобразователей разработали различные методы для быстрого выбора мощности двигателей и частотных преобразователей под конкретную нагрузку оборудования. Такая же базовая процедура используется большинством инженерных приложений. Однако для инженеров важно четко понимать процедуру выбора.

Одна из лучших процедур использует простую нумерацию, основанную на кривых ограничения нагрузки, чтобы сделать основной выбор мощности двигателя. Эта процедура описана ниже. Затем проверяются другие факторы, чтобы обеспечить оптимальную комбинацию двигателя и преобразователя.

Рекомендуются 4 следующих принципа подбора:

Принцип выбора 1:

Во-первых, базовая скорость должно выбираться таким образом, чтобы двигатель работал как можно с большей скоростью, немного превышающей базовую скорость 50 Гц.

Это желательно, потому что:

  • Тепловая мощность двигателя улучшается при f ≥ 50 Гц из-за более эффективного охлаждения на более высоких скоростях.
  • Потери коммутации преобразователя минимальны, когда он работает в диапазоне ослабления поля выше 50 Гц.
  • При постоянной нагрузке на крутящий момент достигается больший диапазон скорости, когда двигатель работает хорошо в диапазоне ослабления поля с максимальной скоростью. Это означает, что наиболее эффективное использование крутящего момента и скорости привода переменной скорости .

Типичные кривые крутящего момента и мощности при постоянном приводе мощности / крутящего момента

Это может означать экономию средств в виде меньшего двигателя и преобразователя .

Хотя многие производители утверждают, что их преобразователи могут производить выходные частоты до 400 Гц, эти высокие частоты практически не используются, за исключением особых (и необычных) исполнений. Конструкция стандартных каркасных двигателей и снижение пикового крутящего момента в зоне ослабления поля ограничивают их использование на частотах выше 100 Гц.

Максимальная скорость, с которой может запускаться стандартный двигатель с короткозамкнутым ротором , должна всегда проверяться у изготовителя, особенно для более крупных 2-полюсных (3000 об / мин) двигателей более 200 кВт. Шум вентилятора, создаваемый двигателем, также значительно увеличивается по мере увеличения скорости двигателя.

Сравнение крутящего момента, создаваемого 4-полюсным и 6-полюсным двигателями , показано на рисунке 1. Это иллюстрирует более высокую крутящую способность 6-полюсной машины.

Читать еще:  W124 что залить в двигатель

Сравнение предельных кривых тепловой мощности для двух двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 90 кВт

a) 90 кВт 4-полюсный двигатель (1475 об / мин)

b) 90 кВт 6-полюсный двигатель (985 об / мин)

Принцип выбора 2:

Выбор двигателя большей мощности просто для того, чтобы быть «безопасным», обычно не рекомендуется, потому что это означает, что также должен быть выбран преобразователь с увеличенным частотным диапазоном. Преобразователи частоты, в частности, ШИМ-тип, рассчитаны на максимальное значение пикового тока, которое представляет собой сумму основных и гармонических токов в двигателе .

Чем больше двигатель, тем больше пиковые токи.

Чтобы избежать этого пикового тока, превышающего расчетный предел, конвертер никогда не должен использоваться с размером двигателя, большим, чем для указанного . Даже когда большой двигатель слегка загружен, его пики гармонических токов высоки.

Принцип выбора 3:

После выбора двигателя достаточно легко выбрать правильный размер преобразователя из каталога производителя . Обычно они рассчитаны на ток (не кВт) на основе определенного напряжения. Это следует использовать только в качестве руководства, поскольку преобразователи всегда должны выбираться на основе максимального непрерывного тока двигателя.

Хотя большинство каталогов основаны на стандартных номинальных значениях мощности двигателя IEC (кВт), двигатели разных производителей имеют несколько разные номинальные токи.

Преобразователи частоты Danfoss

Принцип выбора 4:

Хотя кажется очевидным, двигатель и преобразователь должны быть указаны для напряжения питания и частоты, к которой должен подключаться привод переменной скорости.

В большинстве стран, использующих стандарты IEC, стандартное напряжение питания составляет 380 вольт ± 6%, 50 Гц . В Австралии это 415 В ± 6%, 50 Гц . В некоторых приложениях, где мощность привода очень велик, часто экономично использовать более высокие напряжения для снижения стоимости кабелей. Другие обычно используемые напряжения 500 В и 660 В .

В последние годы преобразователи переменного тока изготавливаются для использования на напряжении 3,3 кВ и 6,6 кВ . Преобразователи частоты рассчитаны на то же выходное напряжение, что и на входе, поэтому оба двигателя и преобразователя должны быть указаны для одного и того же базового напряжения.

Хотя выходная частота преобразователя является переменной, входная частота (50 Гц или 60 Гц) должна быть четко определена, поскольку это может повлиять на конструкцию индуктивных компонентов .

От чего зависит скорость вращения двигателя переменного тока

Как найти частоту вращения

Измерение частоты вращения различных механизмов производится при помощи тахометров, тахогенераторов с вольтметрами, частотомеров, стробоскопов и измерителей линейной скорости. Первый из этих приборов позволяет получать результат непосредственно, остальные — после несложного пересчета показаний.


Вам понадобится Использование тахометра — наиболее рациональный способ измерения частоты вращения. Он применим в отношении механизмов, оборудованных датчиками частоты вращения либо допускающих установку таких датчиков. Если датчик еще не установлен, установите его при остановленном механизме. Подключите к датчику совместимый с ним тахометр. Если датчик требует питания, но подается оно не от тахометра, а от отдельного источника, подключите его. Лишь затем запустите механизм и подождите, пока он раскрутится. На индикаторе тахометра прочитайте результат.

Случается так, что механизм оборудован датчиком частоты вращения, но подходящего тахометра нет, зато имеется частотомер. Произвести измерение можно и в этом случае. Подайте на датчик внешнее питание, а вместо тахометра подключите частотомер. Частоту вращения вычислите по следующей формуле:ω=(f*60)/n, где ω — частота вращения, об/мин, f — показания частотомера, Гц, n — количество импульсов, вырабатываемых датчиком за один оборот.

Если механизм оборудован тахогенератором либо допускает его установку, частоту вращения измеряйте так. Если тахогенератор еще не установлен, установите его при остановленном механизме. К тахогенератору подключите вольтметр и, если это необходимо, источник напряжения возбуждения. Запустите механизм и после выхода его на рабочий режим измерьте напряжение, вырабатываемое тахогенератором. Пересчитайте его в частоту вращения, руководствуясь графиком или формулой из инструкции к тахогенератору.

Измерение частоты вращения стробоскопом осуществляют бесконтактным способом. При остановленном механизме нанесите на ту его деталь, частоту вращения которой необходимо измерить, фломастером метку. Запустите механизм и дайте ему раскрутиться. Направьте стробоскоп на вращающуюся деталь, после чего регулятором частоты вспышек добейтесь, чтобы метка казалась неподвижной. Шкала регулятора у стробоскопа обычно имеет градуировку с импульсах в минуту — в этом случае пересчет не потребуется. Если же она имеет градуировку в герцах, умножьте показания на 60.

Измеритель линейной скорости имеет резиновый ролик, который прижимают к гладкой поверхности вращающегося вала. Прижатие ролика к поверхностям, не являющимся гладкими, недопустимо. Измерив линейную скорость, пересчитайте ее в частоту вращения по формуле:ω=(v*60)/(π*(D/1000)), где ω — частота вращения, об/мин, v — измеренная линейная скорость, м/с, D — диаметр вала, мм

Если измеряется частота вращения одного звена механизма, а найти необходимо частоту вращения другого звена, связанного с ним через передачу того или иного рода, пересчет осуществляют, руководствуясь передаточным отношением этой передачи.

Читать еще:  Шорох в двигателе на холодном двигателе

Частоту вращения некоторых механизмов можно найти, не прибегая к использованию каких-либо дополнительных приборов, поскольку все необходимое для этого уже имеется в устройстве, частью которого является механизм. Так, если таходатчик компьютерного вентилятора присоединен к материнской плате компьютера, определить частоту его вращения можно, войдя в режим CMOS Setup и выбрав в меню пункт PC Health Status. В транспортном средстве, оборудованном тахометром, можно без каких-либо дополнительных приспособлений в любой момент узнать частоту вращения коленчатого вала двигателя.

Переход от угловой к линейной скорости

Существует различие между линейной скоростью точки и угловой скоростью. При сравнении величин в выражениях, описывающих правила вращения, можно увидеть общее между этими двумя понятиями. Любая точка В, принадлежащая окружности с радиусом R, совершает путь, равный 2*π*R. При этом она делает один оборот. Учитывая, что время, необходимое для этого, есть период Т, модульное значение линейной скорости точки В находится следующим действием:

ν = 2*π*R / Т = 2*π*R* ν.

Так как ω = 2*π*ν, то получается:

Следовательно, линейная скорость точки В тем больше, чем дальше от центра вращения находится точка.

К сведению. Если рассматривать в качестве такой точки города на широте Санкт-Петербурга, их линейная скорость относительно земной оси равна 233 м/с. Для объектов на экваторе – 465 м/с.

Числовое значение вектора ускорения точки В, движущейся равномерно, выражается через R и угловую скорость, таким образом:

а = ν2/ R, подставляя сюда ν = ω* R, получим: а = ν2/ R = ω2* R.

Это значит, чем больше радиус окружности, по которой движется точка В, тем больше значение её ускорения по модулю. Чем дальше расположена точка твердого тела от оси вращения, тем большее ускорение она имеет.

Поэтому можно вычислять ускорения, модули скоростей необходимых точек тел и их положений в любой момент времени.

Понимание и умение пользоваться расчётами и не путаться в определениях помогут на практике вычислениям линейной и угловой скоростей, а также свободно переходить при расчётах от одной величины к другой.

Частота дискретных событий, частота вращения

Определение Частотой дискретных колебаний

($n$) — называют физическую величину, которая равна количеству действий (событий) в единицу времени.

Если время, которое занимает одно событие обозначить как $tau $, то частота дискретных событий равна:

Единицей измерения частоты дискретных событий является обратная секунда:

Секунда в минус первой степени равна частоте дискретных событий, если за время, равное одной секунде происходит одно событие.

Частотой вращения ($n$) — называют величину, равную количеству полных оборотов, которое совершает тело в единицу времени. Если $tau $ — время, затрачиваемое на один полный оборот, то:

Синхронные и асинхронные электромашины

Двигатели переменного напряжения есть трёх типов: синхронные, угловая скорость ротора которых совпадает с угловой частотой магнитного поля статора; асинхронные – в них вращение ротора отстаёт от вращения поля; коллекторные, конструкция и принцип действия которых аналогичны двигателям постоянного напряжения.

Синхронная скорость

Скорость вращения электромашины переменного тока зависит от угловой частоты магнитного поля статора. Эта скорость называется синхронной. В синхронных двигателях вал вращается с той же быстротой, что является преимуществом этих электромашин.

Для этого в роторе машин большой мощности есть обмотка, на которую подаётся постоянное напряжение, создающее магнитное поле. В устройствах малой мощности в ротор вставлены постоянные магниты, или есть явно выраженные полюса.

Скольжение

В асинхронных машинах число оборотов вала меньше синхронной угловой частоты. Эта разница называется скольжение «S». Благодаря скольжению в роторе наводится электрический ток, и вал вращается. Чем больше S, тем выше вращающий момент и меньше скорость. Однако при превышении скольжения выше определённой величины электродвигатель останавливается, начинает перегреваться и может выйти из строя. Частота вращения таких устройств рассчитывается по формуле на рисунке ниже, где:

  • n – число оборотов в минуту,
  • f – частота сети,
  • p – число пар полюсов,
  • s – скольжение.

Формула расчёта скорости асинхронного двигателя

Такие устройства есть двух типов:

  • С короткозамкнутым ротором. Обмотка в нём отливается из алюминия в процессе изготовления;
  • С фазным ротором. Обмотки выполнены из провода и подключаются к дополнительным сопротивлениям.

Регулировка частоты вращения

В процессе работы появляется необходимость регулировки числа оборотов электрических машин. Она осуществляется тремя способами:

  • Увеличение добавочного сопротивления в цепи ротора электродвигателей с фазным ротором. При необходимости сильно понизить обороты допускается подключение не трёх, а двух сопротивлений;
  • Подключение дополнительных сопротивлений в цепи статора. Применяется для запуска электрических машин большой мощности и для регулировки скорости маленьких электродвигателей. Например, число оборотов настольного вентилятора можно уменьшить, включив последовательно с ним лампу накаливания или конденсатор. Такой же результат даёт уменьшение питающего напряжения;
  • Изменение частоты сети. Подходит для синхронных и асинхронных двигателей.
Читать еще:  Что такое синхронная частота вращения асинхронного двигателя

Внимание! Скорость вращения коллекторных электродвигателей, работающих от сети переменного тока, не зависит от частоты сети.

Способы определения характеристик электромотора.

Чтобы определить, к какой из этих групп относится двигатель, не нужно разбирать его, как это советуют некоторые специалисты, чтобы обеспечить себе заказ на работу. Дело в том, что разбор электродвигателя может осуществить только мастер достаточной квалификации. На самом же деле достаточно открыть защитную крышку (другое название подшипниковый щит) и найти катушку обмотки. Таких катушек может быть несколько, но достаточно одной. В случае если к валу прикреплены полумуфта или шкив, потребуется снять еще и нижний щит.

Если катушки соединены при помощи деталей, которые мешают рассмотреть информацию, эти детали ни в коем случае нельзя отсоединять. Нужно попробовать определить на глаз соотношение размера катушки и статора.

Статором называется неподвижная часть электромотора, подвижная же имеет название ротор. В зависимости от конструктивных особенностей, в качестве ротора может выступать как сама катушка, так и магниты.

Если катушка закрывает собой половину кольца статора, такой двигатель относится к третьей группе, то есть способен выдавать до 3000 оборотов. Если размер катушки составляет треть от размеров кольца, это мотор второго типа, соответственно, он способен развить 1500 оборотов в минуту. Наконец, если катушка только на четверть закрывает собой кольцо, это первый тип. Электромотор развивает мощность в 1000 оборотов.

Существует еще один способ определения частоты вращения вала роторной части. Для этого также нужно снять крышку и найти верхнюю часть обмотки. По расположению секций обмотки и определяется скорость. Обычно внешняя секция занимает 12 пазов. Если сосчитать общее количество пазов и разделить на 12, можно получить число полюсов. Если число полюсов равно 2, двигатель имеет скорость вращения около 3000 об/мин. Если полюсов получилось 4, это соответствует 1500 оборотам в минуту. Если 6, то 1000 об/мин. Если 8, то 700 оборотов.

Третий способ определения количества оборотов внимательно осмотреть бирку на самом двигателе. Цифра на маркировке в конце и соответствует числу полюсов. Например, для маркировки АИР160S6 последняя цифра 6 указывает, сколько полюсов использует катушка.

Проще же всего измерить число оборотов специальным прибором тахометром. Но в силу узкой специализации применения данный способ нельзя рассматривать как общедоступный. Таким образом, даже если не сохранилось никакой технической документации, существует как минимум 4 способа определить число оборотов электрического мотора.

Зависимость частоты от числа пар полюсов

Дата публикации: 24 марта 2015 .
Категория: Статьи.

При рассмотрении вопроса о получении переменного тока указывают, что за один оборот ротора индуктированная в проводниках обмотки генератора электродвижущая сила (ЭДС) имела один период. Если ротор генератора делает, например 5 об/сек, то ЭДС будет иметь 5 пер/сек или частота тока генератора будет равна 5 Гц. Следовательно, число оборотов в секунду ротора генератора численно равно частоте тока.

Частота тока f выражается следующим соотношением:

где n – число оборотов ротора в минуту.

Для получения от генератора стандартной частоты тока – 50 Гц ротор должен делать 3000 об/мин, то есть

Однако наши рассуждения были справедливы только для двухполюсного генератора, то есть для машины с одной парой полюсов p.

Если машина четырехполюсная, то есть число пар полюсов равно двум: p = 2 (рисунок 1), то один полный период изменения тока будет иметь место за пол-оборота ротора (1 – 5 положения проводника на чертеже). За второй полуоборот ротора ток будет иметь еще один период. Следовательно, за один оборот ротора четырехполюсной машины ток в проводнике имеет два периода. В шестиполюсной машине (p = 3) ток в проводнике за один оборот ротора будет иметь три периода.

Рисунок 1. Изменение переменного тока в проводнике ротора четырехполюсного генератора

Таким образом, для машин, имеющих p пар полюсов, частота тока при об/сек будет в p раз больше, чем для двухполюсной машины, то есть

Отсюда формула зависимости скорости вращения от частоты и числа пар полюсов будет иметь следующий вид:

Пример 1. Определить частоту переменного тока, получаемого от генератора с восемью полюсами (p = 4), скорость вращения ротора которого n = 750 об/мин. Подставляя в формулу для определения частоты тока значение p и n получим:

Пример 2. Определить скорость вращения ротора двадцатиполюсного генератора (p = 10), если частотомер показал частоту тока f = 25 Гц. Подставляя в формулу для определения числа оборотов ротора n значения p и f, получим:

Пример 3. Скорость вращения ротора асинхронного двигателя, составляет 250 об/мин. Определить число пар полюсов асинхронного двигателя, если частота тока питающей сети равна 50 Гц:

Следовательно, двигатель имеет 24 полюса.

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560 с.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector