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

Характеристики электроприводов с асинхронными двигателями

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором составляют значительную часть семейства электрических двигателей переменного тока – преобразователей электромагнитной энергии от одно- или трехфазной сети в механическую энергию вращения вала двигателя.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором содержит две основные части: неподвижную и вращающуюся. Неподвижная часть – статор – состоит из сердечника той или иной конфигурации, одной или нескольких обмоток, уложенных в пазы сердечника и конструктивных деталей: станины, крепежных деталей и т.п. Подвижная часть – ротор – состоит из сердечника, короткозамкнутой обмотки, уложенной в его пазы, и конструктивных деталей, с помощью которых обеспечивается возможность вращения подвижной части относительно неподвижной: вала, опорных подшипников, крепежных деталей и т.п. Конструкция таких двигателей наиболее проста из всех видов электрических машин.

Модельный ряд асинхронных электродвигателей

Сводная таблица основных характеристик серий однофазных и трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором INNOVARI, INNORED:

Серия двигателейНоминальные скоростиДиапазон мощностей нагрузкиДиапазон моментов нагрузкиПримечание
Однофазные асинхронные INNOVARI1500…1800 об/мин0,06…7,5 кВт0,36…49,9 Нм
Трехфазные асинхронные INNOVARI1000…3000 об/мин0,09…9,2 кВт0,36…22,4 Нм
Трехфазные асинхронные INNOVARI с тормозом1400 об/мин0,18…7,5 кВт0,58…15,5 НмТормозной момент
1,25…60 Нм
Трехфазные асинхронные INNOVARI с тормозом и ручкой растормаживания1400 об/мин0,55…1,5 кВт4…10 Нм10…20 Нм
Трехфазные асинхронные взрывозащищенные INNOVARI900…2800 об/мин0,12…9,3 кВт0,43…61,2 Нм1 Exd IIC T4
Трехфазные асинхронные INNORED900…2800 об/мин0,09…11 кВт0,63…71,95 Нм

Применение асинхронных двигателей

Предельная простота конструкции и дешевизна производства, а также появление гибких в программировании преобразователей частоты определили практически повсеместное применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в промышленных электроприводах. Однофазные и трехфазные асинхронные двигатели находят применение:

  • в металлургическом производстве: в автоматизированных приводах оборудования прокатных и волочильных станов, литейного производства;
  • в металлообрабатывающем производстве: в автоматизированных приводах станков и обрабатывающих центров, подъёмно-крановом оборудовании, транспортерах и т.п.;
  • в механосборочном производстве: в приводах манипуляторов, конвейеров, компрессорном оборудовании;
  • в горнодобывающем производстве: в бурильном и экскаваторном оборудовании, транспортерах и др.;
  • в насосном, вентиляционном, компрессорном оборудовании;
  • в строительстве: в крановом оборудовании, оборудовании подготовки и транспортировки стройматериалов;
  • в бытовой сфере: в ручном электроинструменте, прачечном, кухонном и офисном оборудовании.

Преимущества использования асинхронных двигателей

Привлекательными сторонами использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются:

  • относительно высокие значения коэффициента мощности (cos φ) и коэффициента полезного действия (η);
  • жесткая механическая характеристика (малы изменения скорости при колебаниях нагрузки);
  • высокие значения пускового и максимально допустимого момента на валу двигателя.

При этом имеет место предельная простота конструкции и обусловленная этим надежность в эксплуатации. Основными элементами, определяющими отказы асинхронных короткозамкнутых двигателей, являются опорные подшипники вала двигателя и электрическая изоляция обмоток. К основным факторам разрушения изоляции обмоток относится вибрация и перегрев обмоток, а также агрессивность внешней среды. Факторы разрушения подшипников: вибрации и перекос нагрузок, агрессивность внешней среды и паразитные токи через станину и вал двигателя, способствующие эрозии дорожек и тел качения. Эти недостатки присущи всем видам электрических машин, но в случае асинхронных короткозамкнутых двигателей простота конструкции и обеспечение условий эксплуатации сводит их влияние к минимуму.

Принцип работы асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

В пазах статора пространственно симметрично уложена трехфазная обмотка. Принцип работы асинхронного двигателя основан на свойстве таких обмоток, заключающемся в следующем: при питании фаз обмотки токами, сдвинутыми по времени на электрический угол, в градусах равный пространственному углу сдвига фаз обмотки, внутри статора возникает вращающееся магнитное поле. Частоту вращения такого поля принято называть синхронной. За один период изменения тока частотой f поле поворачивается на электрический угол 360°, соответствующий двум полюсным делениям. Поэтому скорость вращения поля (синхронная скорость) nс = f/p (об/сек), где p – число пар полюсов обмотки. Вращающийся магнитный поток в пространстве статора пересекает витки обмотки ротора. При этом он индуцирует в обмотке ротора электродвижущую силу, под действием которой в обмотке начинает протекать ток. Частота и сила тока зависит от разности скоростей синхронной nс и самого ротора n. Относительную разницу этих скоростей принято называть скольжением S=(nс–n)/nс. При номинальном режиме работы величина скольжения лежит в пределах 0,03…0,05. По мере увеличения нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, поскольку возрастает отставание ротора от магнитного потока. Ток ротора так же создает свой вращающийся магнитный поток, который, векторно складываясь с потоком статора, создает внутреннее магнитное поле машины. В результате взаимодействия тока ротора с магнитным полем машины возникает вращающий электромагнитный момент, поддерживающий вращение ротора и приводящий в движение нагрузку электродвигателя. При движении ротора с синхронной скоростью исчезнет индуцируемая электродвижущая сила и ток в обмотке ротора, исчезнет и вращающий момент. Таким образом, ротор всегда движется со скоростью, меньшей синхронной.

Читать еще:  Шерхан автоматический запуск двигателя по температуре

В однофазных асинхронных двигателях обмотка статора состоит из двух пространственно сдвинутых фаз и запитывается однофазным напряжением. Для получения сдвига фаз токов в обмотках последовательно или параллельно одной из них включается фазосдвигающий элемент – чаще всего, конденсатор. Однофазные асинхронные двигатели, как правило, имеют худшие по сравнению с трехфазными двигателями характеристики, однако, в ряде случаев, эти недостатки перекрываются преимуществами, возникающими при возможности питания от однофазной сети.

Обмотка, уложенная в пазах статора, может быть многополюсной. В этом случае переключение обмоток на разное число пар полюсов используется для дискретного регулирования скорости вращения электродвигателя.

Электропривод с асинхронными двигателями

Понятие об электроприводе

Любое машинное устройство состоит из машины-двигателя, передаточного механизма и рабочего механизма.

Двигатель и передаточный механизм называют приводом, так как они служат для передачи мощности и движения рабочему механизму (машине) с нужной угловой частотой вращения.

В настоящее время в качестве двигателей используются простые в управлении, экономичные, надежные в эксплуатации электрические двигатели, поэтому привод современных производственных механизмов получил название электропривода. Функциональная схема электропривода изображена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Функциональная схема электропривода: ПРУ — преобразующее устройство; ЭДУ — электродвигательное устройство; ПУ — передающее устройство; УУ -у правляющее устройство

В современном автоматизированном электроприводе существенную роль играют преобразовательные (ПРУ ) установки (выпрямительные устройства, регуляторы напряжения, частоты и др.) и аппаратура управления (УУ), совместная работа которых обеспечивает надлежащий ход технологического процесса.

Электродвигатель, приводя во вращение рабочий механизм, развивает вращающий момент М. Вал двигателя передает вращение валу рабочего механизма, преодолевая сопротивление со стороны последнего. Величину этого сопротивления оценивают с помощью момента статического сопротивления М с. Если вращающий момент, развиваемый двигателем, уравновешивает момент сопротивления, т.е. когда М = М с, то вращение происходит с неизменной установившейся частотой вращения nуст , которая может быть определена по точке пересечения совмещенных механических характеристик двигателя и рабочего механизма, построенных в одном масштабе (рис. 5.2).

Нарушение равновесия моментов М и М с приводит к изменению скорости вращения привода.

При условии M > Mc привод получит ускорение, а при Mc > M — замедление. Увеличение или уменьшение частоты вращения происходит под действием динамического момента Мдин . Реализация динамического момента связана с изменением кинетической энергии, запасенной в движущихся частях машинного устройства.

но устойчивое вращение ротора возможно только в точке а.

на рис. 5.2).

на рис. 5.2).

двигатель перейдет в движение с замедлением, вращающий момент и частота вращения его будут уменьшаться от точки в по кривой механической характеристики вниз до полной остановки электропривода (см. рис. 5.2).

(см. рис. 5.2).

В асинхронном двигателе с фазным ротором имеется возможность увеличения момента в период пуска за счет искусственного увеличения активного сопротивления в фазах обмотки ротора (рис. 5.3).

Электродвигатели

  • Основные параметры электродвигателя
    • Момент электродвигателя
    • Мощность электродвигателя
    • Коэффициент полезного действия
    • Номинальная частота вращения
    • Момент инерции ротора
    • Номинальное напряжение
    • Электрическая постоянная времени
    • Механическая характеристика
  • Сравнение характеристик электродвигателей
  • Области применения электродвигателей
  • Производители электродвигателей

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Читать еще:  Устройство и работа двигателя приора

Принцип работы электродвигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
  • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

  1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
  2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
  3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
  4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
  5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
  • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
  • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
  • ЭП — электрический преобразователь
  • ДПР — датчик положения ротора
  • ВРД — вентильный реактивный двигатель
  • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
  • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
  • СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
  • СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
  • СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
  • СРД — синхронный реактивный двигатель
  • ПМ — постоянные магниты
  • ЧП — частотный преобразователь

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

  • С постоянными магнитами
  • С обмоткой возбуждения

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

  • Однофазный
  • Двухфазный
  • Трехфазный

Cинхронный электродвигатель

  • С обмоткой возбуждения
  • С постоянными магнитами
  • Реактивный
  • Гистерезисный
  • Реактивно-гистерезисный
  • Шаговый

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

  • Момент электродвигателя
  • Мощность электродвигателя
  • Коэффициент полезного действия
  • Номинальная частота вращения
  • Момент инерции ротора
  • Номинальное напряжение
  • Электрическая постоянная времени
  • Механическая характеристика

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

  • где M – вращающий момент, Нм,
  • F – сила, Н,
  • r – радиус-вектор, м

,

  • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
  • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

  • где P – мощность, Вт,
  • A – работа, Дж,
  • t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

  • где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

  • где – угол, рад,

,

  • где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

  • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
  • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
  • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
    При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.
Читать еще:  Что такое маслаки в двигателе

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

  • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

  • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
  • m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

  • где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

  • где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Применение асинхронных электродвигателей в промышленности

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Агрегат, преобразующий электрическую энергию в механическую, называется электродвигателем. Эти машины могут применяться в бытовой технике (маломощные асинхронные двигатели) и в промышленности (краны и лебедки общепромышленного значения и прочее).

Рисунок 1. Классический пример трехфазного асинхронного электродвигателя — двигатель серии АИР Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные электродвигатели — они используются во всех сферах народного хозяйства (станки и оборудование, автоматика, телемеханика и т. д.).

На сегодняшний день именно этот тип электрических машин наиболее распространен. Объясняется это простотой эксплуатации, надежностью этих машин, небольшим весом и удачными габаритными размерами.

Электродвигатель с короткозамкнутым ротором используется в электроприводах разных станков (металлообрабатывающих, грузоподъемных, ткацких, деревообрабатывающих), в вентиляторах, землеройных машинах, в лифтах, насосах, бытовых приборах и т.д.

Электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором позволяет значительно снизить энергопотребление оборудованием, которое он питает, обеспечить высокий уровень его надежности, увеличить срок службы. Совокупность этих характеристик, как правило, сразу положительно отражается на модернизации всего производства.

Основные виды и некоторые характеристики электродвигателя асинхронного однофазного и трехфазного

Сегодня самыми востребованными в разных отраслях промышленности и любого производства являются следующие виды машин:

  • общепромышленные — применяются на производстве и в агропромышленном секторе;
  • взрывозащищенные — предназначены для использования в отраслях промышленности взрывоопасной: химическая, добыча нефти, газовая и угледобывающая промышленность;
  • электродвигатели крановые, подходящие для работы в составе любых поворотных и крановых механизмов.

Рисунок 2. Двигатель с фазным ротором — крановый серии МТF. Электродвигатели прочно вошли в современную промышленность. От их надежности и качества зависит все производство. Не важно, стиральная машина или ткацкий станок, складское оборудование или система вентиляции — работа многих машин невозможна без исправной работы электромотора. В этой связи важно не просто купить электродвигатель, например у надежного поставщика, но и неукоснительно соблюдать все указанные в сопроводительных документах условия эксплуатации. Для северного сурового климата, к примеру, требуются специальные двигатели, которые рассчитаны на эксплуатацию в условиях низких температур. Для эффективной работы в электродвигателях может использоваться встроенная температурная защита. Такое конструктивное решение позволяет отключить двигатель от сети, если температура обмоток или подшипников превысит норму, или включить дополнительные вентиляторы обдува.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector