В чем измеряется момент асинхронного двигателя - Авто журнал "Гараж"
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чем измеряется момент асинхронного двигателя

В чем измеряется момент асинхронного двигателя

Электромагнитный момент и механическая характеристика

Электромагнитный момент асинхронной машины создается в результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Связь между моментом и скоростью вращения ротора можно получить из уравнения механической мощности . Если в него подставить выражение для тока ротора , то с учетом того, что угловая частота вращения равна ,получим

Все величины, входящие в это выражение константы, кроме скольжения s . Взяв производную и приравнивая ее нулю, найдем экстремумы функции . Они наступают при критическом скольжении . К приближенному равенству для критического скольжения можно перейти с учетом того, что . Подставляя критическое скольжение в выражение , получим значение максимального момента

. Знак плюс в этих выражениях соответствует двигательному режиму, а минус – генераторному.

Из выражения для следует, что максимальный момент в генераторном режиме больше, чем в двигательном. Однако, пренебрегая также, как это было сделано для , мы получим упрощенное выражение для максимального момента более удобное для качественного анализа –

Полагая в выражении , получим выражение для пускового момента асинхронного двигателя

Полученная зависимость представлена на рисунке. Точка соответствует идеальному холостому ходу машины. Этот режим может быть получен только за счет внешнего вращающего момента.Точка соответствует пусковому режиму или режиму короткого замыкания. Устойчивая работа машины возможна только в пределах скольжений от до , т.к. вне этого участка при увеличении скольжения момент двигателя уменьшается, что приводит к дальнейшему увеличению скольжения (снижению скорости) и этот процесс будет развиваться до полной остановки двигателя. Переход на участок неустойчивой работы называется «опрокидыванием» двигателя. Это происходит, если момент нагрузки больше или равен максимальному, поэтому максимальный момент называют также опрокидывающим.

Номинальный режим работы двигателя соответствует скольжению . Отношение называется перегрузочной способностью. Превышение максимального момента над номинальным является необходимым условием надежной работы двигателя.

Если за счет внешнего вращающего момента вал двигателя раскручивается до скорости выше синхронной , то скольжение становится отрицательным и машина переходит в генераторный режим.

При скольжениях скорость вращения будет отрицательной, т.е. ротор двигателя будет вращаться в направлении противоположном направлению вращения магнитного поля и машина перейдет в тормозной режим или режим противовключения.

На рисунке для наглядности критическое скольжение составляет около 0,5. Такие значения в реальных машинах нормального исполнения не бывают. Они находятся в пределах от 0,1 до 0,02, причем меньшие значения соответствуют машинам большей мощности. Поэтому рабочий участок характеристики практически линейный и может быть заменен прямой .

Выражение не позволяет анализировать свойства характеристики в общем виде. Однако, если его разделить на , то получится удобное выражение в относительных единицах, называемое по имени автора формулой Клосса

В теории электрических машин и электропривода вместо характеристики принято пользоваться механической характеристикой. Механическая характеристика двигателя это зависимость скорости вращения от момента нагрузки на валу, т.е. . Эту характеристику легко можно получить из характеристики , если учесть, что , т.е. она получается смещением оси момента в точку и изменением масштаба оси скольжений. При этом в новой системе координат режимы работы машины (генераторный, двигательный и тормозной) оказываются в различных квадрантах плоскости , а режимы холостого хода и короткого замыкания – в точках пересечения механической характеристики с осями координат.

Линеаризованная механическая характеристика рабочего участка примет вид

Пусковой момент асинхронного двигателя

Вращающий момент, развиваемый на валу асинхронного электродвигателя в условиях нулевой скорости вращения ротора (когда ротор еще неподвижен) и установившегося в обмотках статора тока, — называется пусковым моментом асинхронного двигателя.

Пусковой момент иногда называют еще моментом трогания или начальным моментом. При этом подразумевается, что напряжение и частота питающего напряжения приближены к номиналу, причем соединение обмоток выполнено правильно. В номинальном режиме работы данный двигатель будет работать именно так, как предполагали разработчики.

Численное значение пускового момента

Пусковой момент вычисляется по приведенной формуле. В паспорте электродвигателя (паспорт предоставляется производителем) указана кратность пускового момента.

Обычно значение величины кратности лежит в пределах от 1,5 до 6, в зависимости от типа двигателя. И при выборе электродвигателя для своих нужд, важно убедиться, что пусковой момент окажется больше статического момента планируемой проектной нагрузки на валу. Если это условие не соблюсти, то двигатель попросту не сможет развить рабочий момент при вашей нагрузке, то есть не сможет нормально стартонуть и разогнаться до номинальных оборотов.

Давайте рассмотрим еще одну формулу для нахождения пускового момента. Она будет вам полезной для теоретических расчетов. Здесь достаточно знать мощность на валу в киловаттах и номинальные обороты, — все эти данные указаны на табличке (на шильдике). P2-номинальная мощность, F1-номинальные обороты. Итак, вот эта формула:

Читать еще:  Opel включается вентилятор на холодном двигателе

Для нахождения P2 применяют следующую формулу. Здесь необходимо учесть скольжение, пусковой ток и напряжение питания, все эти данные указаны на шильдике. Как видите, все довольно просто. Из формулы очевидно, что пусковой момент в принципе можно повысить двумя путями: увеличением стартового тока или повышением питающего напряжения.

Попробуем, однако, пойти наиболее простым путем, и рассчитаем значения пусковых моментов для трех двигателей серии АИР. Воспользуемся параметрами кратности пускового момента и величинами номинального момента, то есть пользоваться будем самой первой формулой. Результаты расчетов приведены в таблице:

Тип двигателяНоминальный момент, НмОтношение пускового момента к номинальному моментуПусковой момент, Нм
АИРМ132М2362,590
АИР180 S2722144
АИР180М2972,4232,8

Роль пускового момента асинхронного электродвигателя (пусковой ток)

Часто двигатели включают напрямую в сеть, осуществляя коммутацию магнитным пускателем: на обмотки подается линейное напряжение, создается вращающееся магнитное поле статора, оборудование начинает работать.

Бросок тока в момент старта в данном случае неизбежен, и он превышает номинальный ток в 5-7 раз, причем длительность превышения зависит от мощности двигателя и от мощности нагрузки: более мощные двигатели стартуют дольше, их обмотки статора дольше принимают токовую перегрузку.

Маломощные двигатели (до 3 кВт) легко переносят данные броски, и сеть так же легко выдерживает эти незначительные кратковременные всплески мощности, ибо у сети всегда есть некоторый мощностный резерв. Вот почему небольшие насосы и вентиляторы, станки и бытовые электроприборы обычно включают напрямую, не заботясь особо о токовых перегрузках. Как правило обмотки статоров двигателей оборудования такого рода соединяются по схеме «звезда» из расчета на трехфазное напряжение 380 вольт или «треугольник» — для 220 вольт.

Если же вы имеете дело с мощным двигателем на 10 и более кВт, то включать напрямую такой двигатель в сеть нельзя. Бросок тока в момент пуска необходимо ограничить, иначе сеть испытает значительную перегрузку, что может привести к опасной «нештатной просадке напряжения».

Пути ограничения пускового тока

Наиболее простой способ ограничения пускового тока — пуск при пониженном напряжении. Обмотки просто переключаются с треугольника на звезду в момент пуска, а затем, когда двигатель набрал какие-то обороты — обратно на треугольник. Переключение осуществляется через несколько секунд после старта с помощью реле времени, например.

В таком решении пусковой момент также понижается, причем зависимость квадратичная: при снижении напряжения в будет в 1,72 раза, момент снизится в 3 раза. По этой причине пуск при пониженном напряжении подходит для такого оборудования, где пуск возможен с минимальной нагрузкой на валу асинхронного двигателя (например пуск многопильного станка).

Мощным нагрузкам, например ленточному конвейеру, необходим другой способ ограничения пускового тока. Здесь лучше подойдет реостатный метод, позволяющий снизить пусковой ток без уменьшения крутящего момента.

Такой способ очень подходит асинхронным двигателям с фазным ротором, где реостат удобно включается в цепь обмотки ротора, и регулировка рабочего тока осуществляется ступенчато, получается очень плавный пуск. С помощью реостата тут же можно регулировать и рабочую скорость двигателя (не только в момент запуска).

Но наиболее эффективным способом безопасного пуска асинхронных двигателей является все же пуск посредством частотного преобразователя. Величину напряжения и частоту регулирует сам преобразователь автоматически, создавая оптимальные условия двигателю. Обороты получаются стабильными, при этом броски тока принципиально исключены.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Измерение механического момента на валу электрической машины

Методы измерения. Вращающий момент может быть определен непосредственным или косвенным методом. Непосредственное измерение момента осуществляется следующими способами: статическим, измерением суммарного момента и динамическим.
При использовании статического способа момент определяют с помощью моментемеров при установившейся частоте вращения ротора. Сняв семейство точек механического момента при различной частоте вращения, получают статическую механическую характеристику. К недостаткам этого способа следует отнести большой нагрев двигателей при определении момента вне рабочей зоны механической характеристики двигателя, что удлиняет время испытаний, ведет к нестабильности измерений из-за неустановившегося теплового процесса, а при длительных измерениях может привести к недопустимому для нормальной работы изоляции нагреву его обмоток.
Способ измерения суммарного момента основан на измерении момента, действующего на статор двигателя и численно равного моменту, действующему на его ротор. Способ позволяет определить вращающие моменты как при установившемся режиме работы, так и при переходных процессах. Основным недостатком этого способа является необходимость крепления двигателя к измерительному механизму. Технологический разброс размеров двигателя приводит к смещению его центра тяжести относительно оси поворота прибора, что может привести к погрешностям при измерении.
Динамический способ определения вращающего момента основан на измерении ускорения двигателя при пуске на холостом ходу.
Если известен момент инерции ротора, для определения электромагнитного момента достаточно измерить величину ускорения.
В ряде случаев этим способом можно получать и статическую механическую характеристику, когда электромагнитная постоянная времени существенно меньше электромеханической. Для этого устанавливается дополнительная маховая масса на роторе, момент инерции которой, как показывает практика, должен в 5. 7 раз превышать момент инерции ротора двигателя. Данный способ предусматривает пуск двигателя в режиме холостого хода, поэтому получить значение начального пускового момента нельзя.
Для устранения этого недостатка перед включением испытуемого двигателя в сеть его необходимо разогнать до некоторой скорости (10. 20 % от номинальной) в противоположном направлении. После этого двигатель включают в сеть, он начинает тормозиться до нулевой скорости, а затем ускоряться. При этом точку нулевой скорости двигатель проходит с отличным от нуля ускорением, что позволяет рассчитать начальный пусковой момент по формуле.
При использовании статического способа применяют различные тормозные моментомеры — фрикционные, гидравлические, аэродинамические, электромагнитные и электромашинные, а также крутильные моментометры — в основном тензометрического типа. При исследовательских испытаниях основным требованием, предъявляемым к моментомерам, является точность. В то же время такие факторы, как трудоемкость испытаний и сложность установки, можно не принимать во внимание. В случае приемосдаточных испытаний в серийном производстве основным при выборе типа моментомеров является минимум трудозатрат. Что касается точности, то требования к ней менее жесткие, чем в первом случае, и, как правило, для измерений достаточен класс точности 1,0 . 2,5. Моментомеры, предназначенные для проведен™ приемочных, типовых и ресурсных испытаний, должны обладать большим сроком службы и работать при повышенных вибрациях, температурах, влажности и т.д. В ряде случаев моментомеры должны обладать такой механической характеристикой, которая полностью имитировала бы момент сопротивления нагрузки. Подбор типа моментомера зависит от вида механической характеристики испытуемого двигателя, чтобы область исследуемых моментов находилась в статически и динамически устойчивой зоне механической характеристики моментомера.

Читать еще:  Двигатель ваз 2103 большой расход топлива

Тормозные устройства моментомеров, Анализ этих устройств проведем с учетом приведенной классификации моментомеров.
Фрикционные тормоза являются наиболее простыми по конструкции. Создаваемый ими момент нагрузки не зависит от частоты вращения. а только от давления. Конструктивно такие тормоза состоят из металлического шкива, насаженного на вал испытуемого двигателя, разрезной деревянной колодки или заменяющей ее ленты (металлической или текстильной) и измерительного устройства. Требуемый момент на валу создастся путем сжатия колол к и или натяжения ленты. В двигателях малой мощности вместо ленты может использоваться нить. Механические характеристики фрикционных тормозов нестабильны и зависят от температуры контактной поверхности, влажности, давления и химического состава окружающей среды и пр. К недостаткам фрикционных тормозов относится и то обстоятельство, что коэффициент трения покоя существенно отличается от коэффициента трения движения, причем переход от первого ко второму происходит скачкообразно.
Аэродинамические и гидравлические тормоза имеют механические характеристики,
М = кп2,

где к — коэффициент, учитывающий конструкцию тормоза; п — частота вращения.
В этих тормозах мощность расходуется на движение и подогрев жидкости или воздуха и они могут быть выполнены на значительные мощности. Простейшим примером гидравлического тормоза является гидронасос, а аэродинамического — вентилятор.
Аналитический расчет механической характеристики указанных тормозов, который по существу сводится к определению коэффициента к, весьма приблизителен, что требует предварительной тарировки этих тормозов.

Механические характеристики электромагнитных тормозов с медным (1), алюминиевым (2) и латунным (3) дисками

Электромагнитные тормоза просты в изготовлении и удобны в эксплуатации. Они состоят из поворотного статора, по окружности которого располагаются на равном расстоянии друг от друга электромагниты чередующейся полярности, и вращающегося внутри него диска (ротора), в котором наводятся вихревые токи, создающие тормозной момент. Диск соединен с валом испытуемого двигателя. По принципу действия электромагнитный тормоз аналогичен асинхронной машине, работающей в режиме динамического торможения. Поворотный статор соединен с грузом (противовесом), так что измеряется не момент, действующий на ротор испытуемого двигателя, а момент реакции, действующий на поворотный статор моментомера. В зависимости от материала, из которого изготовлен диск моментомера, изменяется критическая скорость, выше которой характеристика тормоза становится статически неустойчивой.
К недостаткам электромагнитных тормозов следует отнести значительную мощность, потребляемую обмотками электромагнитов, наличие момента трения в подшипниках моментомера, что следует учитывать при испытаниях двигателем малой мощности, и сравнительно большой момент инерции.
Электромашинные тормоза применяют в балансирных моментомерах (баланс-машинах) и в электромашинных моментомерах. Измерение момента в этом случае проводится методом суммарного момента. Электромашинный тормоз представляет собой электрическую машину, ротор которой соединен с ротором испытуемой машины, а статор является частью измерительного устройства моментомера.
Необходимыми характеристиками обладает машина постоянного тока, работающая в одном из тормозных режимов — рекуперативного торможения, динамического торможения, противовключения. Регулируя напряжение питающей сети, можно смещать механическую характеристику машины параллельно самой себе в зону больших или меньших скоростей, т.е. регулировать момент нагрузки.

Читать еще:  Характеристики двигателя на бмв е53

Конструктивно баланс машина отличается от обычной тем что ее статор вместе с корпусом и другими крепящимися к нему деталями имеет собственные подшипники, так что он имеет возможность поворота на некоторый угол, определяемый ограничителями.

К достоинствам рекуперативного торможения следует отнести малое потребление энергии при испытаниях.
При динамическом торможении якорь машины постоянного тока замкнут на нагрузочное активное сопротивление, а обмотка возбуждения включена в сеть постоянного тока. Наклон характеристик при динамическом торможении зависит от нагрузочного сопротивления и тока возбуждения.
При противовключении машина постоянного тока с независимым возбуждением включается в сеть так. что развиваемый ею электромагнитный момент направлен в противоположную вращению ротора сторону. При этом с помощью резистора осуществляется ограничение тока якоря. Изменяя ток возбуждения, можно изменять наклон механических характеристик и величину момента при неподвижном роторе.
В качестве электромашинного тормоза могут применяться асинхронные машины в основном в режиме динамического торможения. В этом случае обмотка статора асинхронной машины включена в сеть постоянного тока, а фазная обмотка ротора — на внешнее активное сопротивление. Регулирование критической скорости осуществляется изменением этого активного сопротивления.
Асинхронная машина с короткозамкнутой обмоткой ротора практически не используется вследствие малой величины критической скорости и из-за того, что вся подводимая энергия выделяется внутри машины. Ограниченное применение имеет и режим противовключения асинхронной машины, так как для регулирования частоты вращения холостого хода (синхронной) требуется дорогостоящий преобразователь частоты.
Применение синхронной машины в качестве электромашинного тормоза возможно при работе в режиме генератора на отдельную активную нагрузку. В этом случае величина критической скорости пропорциональна величине активного сопротивления нагрузки, а максимальный момент — потоку возбуждения. Механические характеристики такого тормоза при постоянном возбуждении аналогичны характеристикам.

Вращающий момент асинхронного двигателя

На ротор и полюсы статора действуют электромагнитные вращающие
моменты, одинаковые по величине и направленные в противоположные стороны.
Мощность, необходимая для вращения статорных полюсов с синхронной частотой,

,

где — угловая скорость.

Механическая мощность, развиваемая ротором,

где — угловая скорость ротора.

где РЭ2 — электрические потери в роторной обмотке;
m2 — число фаз обмотки ротора;
R2 — активное сопротивление обмотки ротора;
I2 — ток ротора.

(7).

Вращающий момент, с учетом (6),

.

где , КТ — коэффициент трансформации двигателя с заторможенным ротором.

,

где U1 — напряжение сети.

(8).

где — константа.

На рис. 5 изображена зависимость электромагнитного момента от скольжения в виде сплошной линии.

Пусть исполнительный механизм, приводимый во вращение данным двигателем, создает противодействующий тормозной момент М2.
На рис.5 имеются две точки, для которых справедливо равенство Мэм = М2 ;
это точки а и в .
В точке а двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие Мэм = М2 ;.
В точке в работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку а .
Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть — областью неустойчивой работы. Точка б , соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы.
Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение Sk . Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М2 больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным.
Максимальный момент найдем следующим образом. Сначала определим значение критического скольжения, при котором функция Мэм будет максимальной. Для этого первую производную функции по скольжению S от выражения (8) приравняем нулю.

. (9)

Подставив значение критического скольжения в формулу (8), получим

. (10)

Из формул (8), (9), (10) видно:

  1. величина максимального вращающего момента не зависит от активного сопротивления цепи ротора;
  2. с увеличением активного сопротивления цепи ротора максимальный вращающий момент, не изменяясь по величине, смещается в область больших скольжений (см. кривая 1 рис. 12,5);
  3. вращающий момент пропорционален квадрату напряжения сети.
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector