Обороты асинхронного двигателя: Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя

Содержание

Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя

При выборе асинхронных электродвигателей переменного тока часто не учитываются требования к конструкции, которые связаны с их применением в составе того или иного оборудования. Также обычно имеет место подход, основанный на универсальности электродвигателя, и тогда выбор зависит только от его напряжения, мощности и скорости вращения ротора. Тем не менее есть еще целый ряд дополнительных аспектов для рассмотрения, таких как диапазон напряжения питания, сохранение номинальной мощности при изменении скорости вращения и область применения. Все это в итоге сводится к решению следующих вопросов: какова цель применения электродвигателя, как сделать все быстрее и эффективнее?

 

Базовые принципы выбора электродвигателя

Отправными точками для выбора асинхронного двигателя являются напряжение питания обмоток статора, создающего магнитное поле, а также номинальная мощность и скорость вращения ротора, которые соответствуют требованиям конкретного применения. Еще один, не менее важный момент — это необходимый вариант установки двигателя в приводе. Должен ли двигатель иметь крепление на основании, или он будет помещен на фланец на конце привода, или же должен предоставлять обе возможности? Кроме того, необходимо учитывать характеристики окружающей среды, в которой будет эксплуатироваться двигатель. При этом для выбора двигателя необходимо знать, потребуется ли ему работать под дождем и имеется ли вообще риск попадания на него воды, а также оценить уровень загрязнения и наличия пыли. Для эксплуатации в жестких условиях хорошо подходят электродвигатели закрытого типа с вентиляторным охлаждением (англ. totally enclosed fan cooled, TEFC) или электродвигатели закрытого типа без охлаждения (англ. totally enclosed non-vented, TENV). Если среда, в которой будет использоваться двигатель, не загрязнена и он будет эксплуатироваться без риска попадания на него воды, то в этом случае может быть достаточно применения каплезащищенного электродвигателя открытого исполнения (англ.

open drip proof, ODP).

 

Выбор инвертора

Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD). При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы. Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель. Среди них можно выделить две главные:

Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.

Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В. Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять. Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.

Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».

Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости. По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ. CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.

Например, возьмем электродвигатель мощностью 10 л. с. с начальной скоростью 1800 об/мин. При номинальной скорости (около 1800 об/мин), как указано, он имеет крутящий момент 29 фунтов на фут. Если в спецификации на электродвигатель написано, что коэффициент сохранения номинальной мощности составляет 10:1 CT, это означает, что такой электродвигатель может обеспечить номинальный крутящий момент до скорости 180 об/мин. Если же указано, что электродвигатель имеет коэффициент сохранения номинальной мощности 1000:1 CT, то имеется в виду, что крутящий момент сможет сохранять номинальное значение до скорости 1,8 об/мин.

При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах. Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха.

Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.

Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель. Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода. В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.

 

Связь мощности и крутящего момента

При выборе асинхронного электродвигателя еще одним важным аспектом является номинальная, или основная, скорость двигателя. Обычно используются двухполюсные (3600 об/мин) и четырехполюсные (1800 об/мин) электродвигатели. Однако имеются и коммерчески доступные 6-, 8- и 12-полюсные асинхронные электродвигатели со скоростью вращения ротора 1200, 900
и 600 об/мин соответственно. Номинальная скорость асинхронного электродвигателя напрямую связана с числом полюсов, которые такой двигатель конструктивно содержит (табл.), и определяется по следующей формуле:

Об/мин = (120 × частота) / N (число полюсов)

В качестве примечания необходимо отметить, что, хотя прямой связи здесь нет, но, как правило, с увеличением количества полюсов возрастают и размеры, а также стоимость электропривода.

Кроме того, пользователям электроприводов, в зависимости от области применения данных устройств, может понадобиться обеспечить необходимый крутящий момент путем изменения скорости. В целом по мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается, что также относится к редукторам и цепным приводам. Это соотношение объясняется следующим уравнением:

мощность (л. с.) = (крутящий момент × × номинальная скорость) / 5252

Крутящий момент, в соответствии с заданной целью, может быть достигнут путем выбора электродвигателя с необходимой мощностью и номинальной скоростью и реализован через любую цепную, ременную передачу или редуктор. Такой подход снижает стоимость привода, его габаритные размеры и время, уходящее на замену его подвижных заменяемых частей в ходе выполнения ремонта или технического обслуживания.

Таблица. Связь между числом полюсов, скоростью (об/мин) и крутящим моментом асинхронного электродвигателя

Число полюсов, N

Скорость, об/мин

Крутящий момент,
л. с. / фут-фунт

2

3600

1,46

4

1800

2,92

6

1200

4,38

8

900

5,84

10

720

7,29

12

600

8,75

Примечание. Как правило, увеличение числа полюсов приводит к увеличению габаритов, а следовательно, и к повышению стоимости привода на основе асинхронного электродвигателя

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Количество оборотов в минуту у электродвигателей

Электродвигатель обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую. При выборе подходящего электродвигателя требуется учитывать многое: простота конструкции, надежность, стоимость, вес, несложное управление и т.д. В настоящее время электропривод с двигателем постоянного тока стремительно вытесняется асинхронным. Учитывая количество оборотов в минуту, подбирается наиболее подходящий электродвигатель.

Некоторые характеристики электродвигателей

Выбор электродвигателя до 1000 об/мин, как правило, происходит в случае отсутствия  необходимости обеспечить вращение вала ротора на высокой скорости. Такой электродвигатель подойдет для установки на лебедку, кран, вибратор, тельфер, на различный подъемный механизм, транспортер и т. д.

Асинхронный электродвигатель до 3000 об/мин следует выбирать для установки на оборудование, на котором вал ротора должен вращаться с достаточно высокой скоростью. Такой электродвигатель может быть установлен на металлообрабатывающий и деревообрабатывающий станок, компрессор, холодильное оборудование и т.д. Нужно отметить, что  электродвигатели асинхронные отличаются мощностью, габаритами и массой. Данные характеристики электродвигателей зависят друг от друга. К примеру, в случае увеличения мощности электродвигателя, наблюдается увеличение его массы и габаритов.

Что касается мощности электродвигателя асинхронного, то она может быть от 0,12 кВт до 200 кВт. Выбор электродвигателя той или иной мощности будет напрямую зависеть от размеров и предназначения оборудования, на которое двигатель будет установлен. Вес электродвигателя будет напрямую зависеть от его мощности.

Необходимо помнить о том, что электродвигатель с меньшим количеством оборотов будет отличаться большим весом, в сравнении с электродвигателем с большим количеством оборотов. При этом мощность такого оборудования будет одинаковой. Конструкция электродвигателя подбирается, исходя из климатических условий. Также понадобится учитывать некоторые особенности соединения двигателя с рабочим оборудованием. Купить качественные электродвигатели ответственных производителей Вы можете в нашей компании по разумной цене. 

Просмотров: 3676

Дата: Воскресенье, 15 Декабрь 2013

Как определить скорость вращения электродвигателя

Главное меню:

  • Основы
  • Электромашины
  • Оборудование
  • Нормы
  • Подстанция
    • Комплектные трансформаторные подстанции
    • Оборудование подстанций
    • Вакуумные выключатели
      • ВВ/TEL
      • ВР
      • ВРО
      • ВР1
      • ВР1 для КСО
      • ВРС
      • 3АН5
      • ВГГ-10
    • Камеры КСО
    • Ограничители перенапряжений 6(10) кВ
    • Масляный выключатель
      • ВПМ-10
      • Техническое описание ВПМ
      • ВМП-10
      • ВМГ-133
    • Выключатель нагрузки автогазовый ВНА
      • Описание выключателя
      • Изображение выключателя
    • Ремонт электрооборудования
    • Повышение надежности МВ, приводов МВ
    • Установки компенсации реактивной мощности
      • Общие сведения об УКРМ
      • УКРМ 0,4 кВ
      • УКРМ 6(10) кВ
    • Выбор места расположения питающих подстанций
  • Электроснабжение
  • Освещение
  • Воздушная линия

Основы > Задачи и ответы > Сборник задач — электрические машины

Асинхронные электродвигатели (страница 2)

1.

Определить угловую скорость вращении ротора асинхронного электродвигателя, если обмотка статора четырехполюсная, частота напряжения сети, к которой присоединен электродвигатель, 50 Гц и скольжение ротора равно 3,5%.Решение: Частота токов, проходящих в обмотках статора, равна частоте напряжения сети: Кроме того, известно, что обмотка статора четырехполюсная, т. е. число пар полюсов р = 2.

Скорость вращения магнитного потока, вызываемого трехфазной системой токов, проходящих в обмотках статора, зависит от частоты этих токов

и числа пар полюсов обмотки р, так как , откуда число оборотов в минуту вращающегося синхронно магнитного потока Угловая скорость вращения Вращение ротора асинхронного электродвигателя возможно лишь при наличии отставания ротора от вращающегося магнитного потока. Величина, характеризующая это отставание, называется скольжением: — скорость вращения магнитного потока; — скорость вращения ротора.Подставив числовые значения, получим Угловая скорость вращения ротора2. На щитке асинхронного электродвигателя значится: 730 об/мин, 50 Гц.Определить скольжение ротора, вращающегося с указанной скоростью, и число пар полюсов обмотки статора. Каким было скольжение ротора в первые мгновения пуска?Решение: В табл. 13 синхронных скоростей вращения при частоте 50 Гц ближайшей скоростью вращения (по отношению к скорости ) является скорость .Следовательно, скольжение ротора Число пар полюсов обмотки статора

В момент пуска ротор неподвижен

. Поэтому скольжение при пуске Такое значение имеет скольжение ротора в момент пуска любого асинхронного электродвигателя.

Таблица 13

р пар полюсов 1 2 3 4 5
n, об/мин 3000 1500 1000 750 600

3.

В разрыв провода линии, соединяющей контактные кольца ротора асинхронного электродвигателя с трехфазным реостатом, введен магнитоэлектрический амперметр, шкала которого имеет нулевое значение посередине (рис. 80). Разомкнув рубильник, шунтировавший амперметр во время разбега ротора, не поднимая щеток, наблюдали за отклонениями амперметра: оказалось, что за полминуты указательная стрелка прибора совершила 60 полных колебаний.Определить скорость вращения ротора в течение указанного промежутка времени, если обмотка статора шестиполюсная и частота напряжения сети 50 Гц.

Решение:

Полное колебание указательной стрелки соответствует полному периоду тока в обмотке ротора. Если 60 полных колебаний (периодов) произошло за полминуты, то число полных колебаний (периодов) в секунду равно двум. Следовательно, Магнитный поток в асинхронном электродвигателе вращается относительно ротора со скоростью, равной разности скоростей: причем частота тока в роторе Подставив числовые значения, получим

При шестиполюсной обмотке статора и частоте токов в цепи статора

скорость вращения магнитного потока

Подставим в выражение для

откуда скорость вращения ротора4. Когда трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором присоединили к сети с линейным напряжением 220 В, напряжение между контактными кольцами при разомкнутой обмотке ротора составило 90 В.Определить коэффициент трансформации, рассматривая этот электродвигатель как трансформатор в режиме холостого хода, если обмотки статора и ротора соединены звездой.Решение: Фазное напряжение на обмотке статора при схеме соединения звездой в раз меньше линейного напряжения. Следовательно, Фазное напряжение на обмотке ротора Коэффициент трансформации фазных напряжений5. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором характеризуется отношением вращающих моментов соответственно при пуске и при номинальном режиме .Можно ли осуществить пуск двигателя в случае полной его нагрузки на валу и понижения напряжения в сети на 5 и 10%? К сети присоединен статор.Решение: Вращающий момент асинхронного двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения в сети:

Следовательно, если напряжение в сети понизится на 5% и составит

Так как пусковой момент при номинальном напряжении , то при понижении напряжения в сети на 5% пусковой момент Таким образом, пуск при этих условиях позволит электродвигателю развить вращающий момент больше номинального.

Если напряжение в сети понизится на 10% и составит

Пусковой момент при указанном понижении напряжения долю, которую составляет пусковой вращающий момент от вращающего момента при номинальном напряжении. Тогда для возможности пуска электродвигателя при номинальной нагрузке должно быть выполнено равенство Поэтому при пуске электродвигателя напряжение сети может составлять от номинального напряжения долю

Таким образом, при заданной кратности пускового момента от номинального

понижение напряжения в сети может происходить на и пуск может быть осуществлен при номинальной нагрузке на валу электродвигателя.

6. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором типа А51-4 имеет следующие номинальные данные: ; кратность вращающих моментов .

Определить вращающие моменты: номинальный , максимальный и пусковой Решение:

Номинальный вращающий момент можно определить из основного соотношения измерен в и мощность Р — в Вт. При этом Если подставить сюда в качестве Р мощность, измеренную в киловаттах, то число будет в 1000 раз меньше.Таким образом, при тех же единицах измерения вращающего момента получим Подставим величины номинального режима: Используя известные кратности моментов, максимальный вращающий момент пусковой вращающий момент7. Асинхронный электродвигатель развивает номинальную мощность при номинальной скорости вращения ротора , имея перегрузочную способность 2,1.Выразить зависимость между вращающим, моментом и скольжением ротора S электродвигателя.Решение: Номинальный вращающий момент

Перегрузочная способность

l = 2,1 представляет собой отношение максимального вращающего момента к номинальному вращающему моменту Номинальному вращающему моменту соответствует и номинальное скольжение подставлена ближайшая большая (по отношению к ) синхронная скорость вращения магнитного потока статора.Зависимость между вращающим моментом и скольжением ротора s в асинхронном двигателе выражается формулой означает критическое скольжение, а и s соответствуют одному и тому же режиму работы. Если в левую часть подставить , то в качестве s следует подставить . Тогда можно определить критическое скольжение , при котором имеет место момент . В этом случае получается квадратное уравнение, из которого берут большее значение корня.Так как Разделив на 0,238 левую и правую части равенства и сосредоточив все члены в одной стороне, получим Корни полученного квадратного уравнения Далее берется только больший из корней (при положительном знаке перед корнем):

Подставив в формулу, выражающую зависимость между вращающим моментом

и скольжением ротора s, численные значения , получим требуемую зависимость

Смотри полное содержание по представленным решенным задачам на websor.

Как определить число пар полюсов асинхронного двигателя?

Под скоростью вращения асинхронного электродвигателя обычно понимают угловую частоту вращения его ротора, которая приведена на шильдике (на паспортной табличке двигателя) в виде количества оборотов в минуту.

Трехфазный двигатель можно питать и от однофазной сети, для этого достаточно добавить конденсатор параллельно одной или двум его обмоткам, в зависимости от напряжения сети, но конструкция двигателя от этого не изменится.

Так, если ротор под нагрузкой совершает 2760 оборотов в минуту, то угловая частота данного двигателя будет равна 2760*2пи/60 радиан в секунду, то есть 289 рад/с, что не удобно для восприятия, поэтому на табличке пишут просто «2760 об/мин». Применительно к асинхронному электродвигателю, это обороты с учетом скольжения s.

Синхронная же скорость данного двигателя (без учета скольжения) будет равна 3000 оборотов в минуту, поскольку при питании обмоток статора сетевым током с частотой 50 Гц, каждую секунду магнитный поток будет совершать по 50 полных циклических изменений, а 50*60 = 3000, вот и получается 3000 оборотов в минуту — синхронная скорость асинхронного электродвигателя.

В рамках данной статьи мы поговорим о том, как определить синхронную скорость вращения неизвестного асинхронного трехфазного двигателя, просто взглянув на его статор.

По внешнему виду статора, по расположению обмоток, по количеству пазов, — можно легко определить синхронные обороты электродвигателя если у вас нет под рукой тахометра.

Итак, начнем по порядку и разберем данный вопрос с примерами.

3000 оборотов в минуту

Про асинхронные электродвигатели (смотрите — Виды электродвигателей) принято говорить, что тот или иной двигатель имеет одну, две, три или четыре пары полюсов. Минимум — одна пара полюсов, то есть минимум — два полюса.

Взгляните на рисунок. Здесь вы видите, что в статор уложено по две последовательно соединенные катушки на каждую фазу — в каждой паре катушек одна расположена напротив другой.

Эти катушки и образуют по паре полюсов на статоре.

Одна из фаз показана для ясности красным цветом, вторая — зеленым, третья — черным. Обмотки всех трех фаз устроены одинаково.

Поскольку три эти обмотки питаются по очереди (ток трехфазный), то за 1 колебание из 50 в каждой из фаз — магнитный поток статора один раз обернется на полные 360 градусов, то есть совершит один оборот за 1/50 секунды, значит 50 оборотов получится за секунду. Так и выходит 3000 оборотов в минуту.

Таким образом становится ясно, что для определения синхронных оборотов асинхронного электродвигателя достаточно определить количество пар его полюсов, что легко сделать, сняв крышку и взглянув на статор.

Общее число пазов статора разделите на число пазов, приходящихся на одну секцию обмотки одной из фаз. Если получится 2, то перед вами двигатель с двумя полюсами — с одной парой полюсов.

Следовательно синхронная частота составляет 3000 оборотов в минуту или примерно 2910 с учетом скольжения.

В простейшем случае 12 пазов, по 6 пазов на катушку, и таких катушек 6 — по две на каждую из трех фаз.

Обратите внимание, количество катушек в одной группе для одной пары полюсов может быть не обязательно 1, но и 2 и 3, однако для примера мы рассмотрели вариант с одиночными группами на пару катушек (не будем в рамках данной статьи заострять внимание на способах намотки).

1500 оборотов в минуту

Для получения синхронной скорости в 1500 оборотов в минуту, количество полюсов статора увеличивают вдвое, чтобы за 1 колебание из 50 магнитный поток совершил бы только пол оборота — 180 градусов.

Для этого на каждую фазу делают по 4 секции обмотки. Таким образом, если одна катушка занимает четверть всех пазов, то перед вами двигатель с двумя парами полюсов, образованными четырьмя катушками на фазу.

Например, 6 пазов из 24 занимает одна катушка или 12 из 48, значит перед вами двигатель с синхронной частотой 1500 оборотов в минуту, или с учетом скольжения примерно 1350 оборотов в минуту. На приведенном фото каждая секция обмотки выполнена в виде двойной катушечной группы.

1000 оборотов в минуту

Как вы уже поняли, для получения синхронной частоты в 1000 оборотов в минуту, каждая фаза образует уже три пары полюсов, чтобы за одно колебание из 50 (герц) магнитный поток обернулся бы всего на 120 градусов, и соответствующим образом повернул бы за собой ротор.

Таким образом, минимум 18 катушек установлены на статор, причем каждая катушка занимает шестую часть всех пазов (по шесть катушек на фазу — по три пары). Например, если пазов 24, то одна катушка займет 4 из них. Получится частота с учетом скольжения около 935 оборотов в минуту.

750 оборотов в минуту

Для получения синхронной скорости в 750 оборотов в минуту, необходимо, чтобы три фазы формировали на статоре четыре пары движущихся полюсов, это по 8 катушек на фазу — одна напротив другой — 8 полюсов. Если например на 48 пазов приходится по катушке на каждые 6 пазов — перед вами асинхронный двигатель с синхронными оборотами 750 (или около 730 с учетом скольжения).

500 оборотов в минуту

Наконец, для получения асинхронного двигателя с синхронной скоростью в 500 оборотов в минуту необходимо 6 пар полюсов — по 12 катушек (полюсов) на фазу, чтобы на каждое колебание сети магнитный поток поворачивался бы на 60 градусов. То есть, если например статор имеет 36 пазов, при этом на катушку приходится по 4 паза — перед вами трехфазный двигатель на 500 оборотов в минуту (480 с учетом скольжения).

FAQ по электродвигателям

Какие электродвигатели применяются чаще всего? Какие способы управления электродвигателями используются? Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление? Как определить мощность электродвигателя? Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя? Как рассчитать ток и мощность электродвигателя? Как увеличить мощность электродвигателя? Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети? Какие исполнения двигателей бывают? Зачем электродвигателю тормоз? Как двигатель обозначается на электрических схемах? Почему греется электродвигатель? Типичные неисправности электродвигателей

1. Какие электродвигатели применяются чаще всего?

Наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они имеют сравнительно простую конструкцию и относительно недороги.

Для работы асинхронного двигателя требуется трехфазное напряжение, создающее на обмотках статора вращающееся магнитное поле.

Это поле приводит в движение ротор двигателя, который передает крутящий момент на нагрузку, например, на пропеллер вентилятора или редуктор конвейера.

Изменяя конфигурацию обмоток статора, можно менять основные характеристики привода – частоту оборотов и мощность на валу. В случае работы асинхронного электродвигателя в однофазной сети применяют фазосдвигающие и пусковые конденсаторы.

Также в настоящее время находят применение двигатели постоянного тока. Данные приводы имеют щетки, подверженные износу и искрению.

Кроме того, необходима обмотка подмагничивания (возбуждения), на которую подается постоянное напряжение.

Несмотря на эти недостатки, электродвигатели постоянного тока используются там, где необходимо быстрое изменение скорости вращения и контроль момента, а также при мощностях более 100 кВт.

В быту также применяют коллекторные (щеточные) электродвигатели переменного тока, которые имеют низкую надежность по сравнению с асинхронными.

2. Какие способы управления электродвигателями используются на практике?

Управление электродвигателем подразумевает возможность изменения его скорости и мощности.

Так, если на асинхронный двигатель подать напряжение заданной величины и частоты, он будет вращаться с номинальной скоростью и сможет обеспечить мощность на валу не более номинала.

Если же нужно понизить или повысить скорость электродвигателя, используют преобразователи частоты. ПЧ может обеспечить нужный режим разгона и торможения, а также позволит оперативно управлять частотой работы.

Для обеспечения требуемого разгона и торможения без изменения рабочей частоты применяют устройство плавного пуска (УПП). Если нужно управлять только разгоном двигателя, используют схему включения «звезда-треугольник».

Для запуска двигателей без ПЧ и УПП широко применяются контакторы, которые позволяют дистанционно управлять пуском, остановом и реверсом.

3. Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?

Асинхронный электродвигатель, как правило, имеет три обмотки. У каждой обмотки есть по два вывода, которые должны быть обозначены в клеммной коробке двигателя. Если выводы обмоток известны, то можно легко прозвонить каждую из них и сравнить величину сопротивления с остальными обмотками. Если величины сопротивлений отличаются не более, чем на 1%, то скорее всего, обмотки исправны.

Сопротивление обмоток электродвигателя измеряется с помощью омметра, как и сопротивление обмоток трансформатора. Чем больше мощность двигателя, тем меньше сопротивление его обмоток, и наоборот.

4. Как определить мощность электродвигателя?

Проще всего определить номинальную мощность электродвигателя по шильдику. На нем указана механическая мощность (мощность на валу), значение которой всегда меньше потребляемой мощности за счет потерь на трение и нагрев.

Однако, если шильдик на корпусе двигателя отсутствует, можно очень приблизительно оценить характеристики привода по его габаритам.

При одинаковой мощности двигатель с бо́льшим диаметром вала будет иметь более высокую мощность на валу и меньшую частоту оборотов.

Также мощность можно определить по нагрузке и по настройкам защитных устройств, через которые питается двигатель (мотор-автомат, тепловое реле).

Еще один способ – включаем двигатель на номинальную мощность, обеспечив нужную нагрузку на валу. После этого измеряем токоизмерительными клещами ток, который должен быть одинаков по всем обмоткам. Для приблизительной оценки мощности асинхронного двигателя, подключенного по схеме «звезда», нужно разделить номинальный измеренный ток на 2.

5. Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?

Управление скоростью вращения двигателя необходимо в трех режимах работы – при разгоне, торможении, и в рабочем режиме.

Наиболее универсальный способ управления оборотами — использование частотного преобразователя. Настройками ПЧ можно добиться любой частоты вращения в пределах технической возможности. При этом можно управлять и другими параметрами электродвигателя, а также следить за его состоянием во время работы. Частоту можно менять и плавно, и ступенчато.

Управление оборотами двигателя в режиме разгона и торможения возможно при использовании УПП. Это устройство позволяет значительно снизить пусковой ток за счет плавного разгона с медленным увеличением оборотов.

6. Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?

Бывает так, что известен ток асинхронного двигателя (по измерениям в номинальном режиме или по шильдику), но неизвестна его мощность. Как в таком случае рассчитать мощность? Обычно используют следующую формулу:

  • Р = I (1,73·U·cosφ·η)
  • где: Р – номинальная полезная мощность на валу двигателя в Вт (указывается на шильдике), I – ток двигателя, А, U – напряжение питания обмоток (380 В при подключении в «звезду», 220 В при подключении в «треугольник»),
  • cosφ, η – коэффициенты мощности и полезного действия для учета потерь (обычно 0,7…0,8).
  • Для расчета тока по известной мощности пользуются обратной формулой:
  • I = P/(1,73·U·cosφ·η)
  • Для двигателей мощностью 1,5 кВт и более, обмотки которых подключены в «звезду» (это подключение используется чаще всего), существует простое эмпирическое правило – чтобы приблизительно оценить ток двигателя, нужно умножить его мощность на 2.

7. Как увеличить мощность электродвигателя?

Номинальная мощность на валу, которая указывается на шильдике двигателя, обычно ограничивается допустимым током, а значит – нагревом корпуса привода. Поэтому при увеличении мощности необходимо предпринять дополнительные меры по охлаждению электродвигателя, установив отдельный вентилятор.

При использовании преобразователя частоты для повышения мощности можно изменить несущую частоту ШИМ, однако следует избегать перегрева ПЧ. Мощность также можно увеличить с помощью редуктора или ременной передачи, пожертвовав количеством оборотов, если это допустимо.

Если приведенные советы неприменимы – придётся менять двигатель на более мощный.

8. Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети (380 на 220)?

При таком подключении используются пусковой и рабочий фазосдвигающие конденсаторы. Номинальную мощность на валу в данном случае получить не удастся, и потери мощности составят 20-30% от номинала. Это происходит из-за невозможности обеспечить отсутствие перекоса по фазам при изменении нагрузки.

9. Какие исполнения двигателей бывают?

В зависимости от исполнения электродвигатели классифицируются по способу монтажа, классу защиты, климатическому исполнению. Существует два основных способа монтажа асинхронных электродвигателей – на лапах и через фланец. Оба варианта исполнения в различных комбинациях показаны в таблице ниже.

Виды климатического исполнения предполагают использование двигателя в определенных климатических зонах: умеренный климат (У), холодный климат (ХЛ), умеренно-холодный климат (УХЛ), тропический климат (Т), общеклиматическое исполнение (О), общеклиматическое морское исполнение (ОМ), всеклиматическое исполнение (В). Также различают категории размещения (на открытом воздухе, под навесом или в помещении и т.д.).

Класс защиты обозначает характер защиты двигателя от попадания пыли и влаги. Наиболее часто встречаются приводы с классами IP55 и IP55.

10. Зачем электродвигателю тормоз?

В некоторых устройствах (лифтах, электроталях, лебедках) при остановке двигателя необходимо зафиксировать его вал в неподвижном состоянии. Для этого применяют электромагнитный механический тормоз, который входит в конструкцию двигателя и располагается в его задней части. Управление тормозом осуществляется с помощью частотного преобразователя или схемы на контакторах.

11. Как двигатель обозначается на электрических схемах?

Электродвигатель обозначается на схемах с помощью буквы «М», вписанной в круг. Также на схемах могут быть указаны порядковый номер двигателя, количество фаз (1 или 3), род тока (переменный или постоянный), способ включения обмоток ( «звезда» или «треугольник»), мощность. Примеры обозначений показаны ниже.

12. Почему греется электродвигатель?

Двигатель может нагреваться по одной из следующих причин:

  • износ подшипников и повышенное механическое трение
  • увеличение нагрузки на валу
  • перекос напряжения питания
  • пропадание фазы
  • замыкание в обмотке
  • проблема с обдувом (охлаждением)

Нагрев двигателя резко снижает его ресурс и КПД, а также может приводить к поломке привода.

  1. 13. Типичные неисправности электродвигателей
  2. Выделяют два вида неисправностей электродвигателей: электрические и механические.
  3. К электрическим относятся неисправности, связанные с обмоткой:
  • межвитковое замыкание
  • замыкание обмотки на корпус
  • обрыв обмотки

Для устранения этих неисправностей требуется перемотка двигателя.

Механические неисправности:

  • износ и трение в подшипниках
  • проворачивание ротора на валу
  • повреждение корпуса двигателя
  • проворачивание или повреждение крыльчатки обдува

Замена подшипников должна производиться регулярно с учетом их износа и срока службы. Крыльчатка также меняется в случае повреждения. Остальные неисправности устранению практически не подлежат, и единственный выход — замена двигателя.

Если у вас есть вопросы, ответы на которые вы не нашли в данной статье, напишите нам. Будем рады помочь!

Другие полезные материалы: Выбор электродвигателя Использование тормозных резисторов с преобразователями частоты

Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя

При выборе асинхронных электродвигателей переменного тока часто не учитываются требования к конструкции, которые связаны с их применением в составе того или иного оборудования.

Также обычно имеет место подход, основанный на универсальности электродвигателя, и тогда выбор зависит только от его напряжения, мощности и скорости вращения ротора.

Тем не менее есть еще целый ряд дополнительных аспектов для рассмотрения, таких как диапазон напряжения питания, сохранение номинальной мощности при изменении скорости вращения и область применения. Все это в итоге сводится к решению следующих вопросов: какова цель применения электродвигателя, как сделать все быстрее и эффективнее?

Базовые принципы выбора электродвигателя

Отправными точками для выбора асинхронного двигателя являются напряжение питания обмоток статора, создающего магнитное поле, а также номинальная мощность и скорость вращения ротора, которые соответствуют требованиям конкретного применения.

Еще один, не менее важный момент — это необходимый вариант установки двигателя в приводе.

Должен ли двигатель иметь крепление на основании, или он будет помещен на фланец на конце привода, или же должен предоставлять обе возможности? Кроме того, необходимо учитывать характеристики окружающей среды, в которой будет эксплуатироваться двигатель.

При этом для выбора двигателя необходимо знать, потребуется ли ему работать под дождем и имеется ли вообще риск попадания на него воды, а также оценить уровень загрязнения и наличия пыли. Для эксплуатации в жестких условиях хорошо подходят электродвигатели закрытого типа с вентиляторным охлаждением (англ.

totally enclosed fan cooled, TEFC) или электродвигатели закрытого типа без охлаждения (англ. totally enclosed non-vented, TENV). Если среда, в которой будет использоваться двигатель, не загрязнена и он будет эксплуатироваться без риска попадания на него воды, то в этом случае может быть достаточно применения каплезащищенного электродвигателя открытого исполнения (англ. open drip proof, ODP).

Выбор инвертора

Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD).

При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы.

Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель. Среди них можно выделить две главные:

Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.

Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В.

Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять.

Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.

Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».

Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости.

По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ.

CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.

При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах.

Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха.

Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.

Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель.

Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода.

В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.

Связь мощности и крутящего момента

При выборе асинхронного электродвигателя еще одним важным аспектом является номинальная, или основная, скорость двигателя. Обычно используются двухполюсные (3600 об/мин) и четырехполюсные (1800 об/мин) электродвигатели.

Однако имеются и коммерчески доступные 6-, 8- и 12-полюсные асинхронные электродвигатели со скоростью вращения ротора 1200, 900
и 600 об/мин соответственно.

Номинальная скорость асинхронного электродвигателя напрямую связана с числом полюсов, которые такой двигатель конструктивно содержит (табл.), и определяется по следующей формуле:

Об/мин = (120 × частота) / N (число полюсов)

В качестве примечания необходимо отметить, что, хотя прямой связи здесь нет, но, как правило, с увеличением количества полюсов возрастают и размеры, а также стоимость электропривода.

Кроме того, пользователям электроприводов, в зависимости от области применения данных устройств, может понадобиться обеспечить необходимый крутящий момент путем изменения скорости. В целом по мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается, что также относится к редукторам и цепным приводам. Это соотношение объясняется следующим уравнением:

мощность (л. с.) = (крутящий момент × × номинальная скорость) / 5252

Крутящий момент, в соответствии с заданной целью, может быть достигнут путем выбора электродвигателя с необходимой мощностью и номинальной скоростью и реализован через любую цепную, ременную передачу или редуктор. Такой подход снижает стоимость привода, его габаритные размеры и время, уходящее на замену его подвижных заменяемых частей в ходе выполнения ремонта или технического обслуживания.

Таблица. Связь между числом полюсов, скоростью (об/мин) и крутящим моментом асинхронного электродвигателя
Число полюсов, N Скорость, об/мин Крутящий момент,
л. с. / фут-фунт
2 3600 1,46
4 1800 2,92
6 1200 4,38
8 900 5,84
10 720 7,29
12 600 8,75

Примечание. Как правило, увеличение числа полюсов приводит к увеличению габаритов, а следовательно, и к повышению стоимости привода на основе асинхронного электродвигателя

Как определить мощность и обороты электродвигателя без бирки?

При замене сломанного советского электродвигателя на новый, часто оказывается, что на нем нет шильдика. Нам часто задают вопросы: как узнать мощность электродвигателя? Как определить обороты двигателя? В этой статье мы рассмотрим, как определить параметры электродвигателя без бирки — по диаметру вала, размерам, току.

Как определить мощность?

Существует несколько способов определения мощности электродвигателя: диаметру вала, по габариту и длине, по току и сопротивлению, замеру счетчиком электроэнергии.

По габаритным размерам

Все электродвигатели отличаются по габаритным размерам. Определить мощность двигателя можно сравнив габаритные размеры с таблицей определения мощности электродвигателя, перейдя по ссылке габаритно-присоединительные размеры электродвигателей АИР.

  • Длина, ширина, высота корпуса
  • Расстояние от центра вала до пола
  • Длина и диаметр вала
  • Крепежные размеры по лапам (фланцу)

По диаметру вала

Определение мощности электродвигателя по диаметру вала — частый запрос для поисковых систем. Но для точного определения этого параметра недостаточно – два двигателя в одном габарите, с одинаковыми валами и частотой вращения могут иметь различную мощность.

Таблица с привязкой диаметров валов к мощности и оборотам для двигателей АИР и 4АМ.

Мощность электродвигателя Р, кВт Диаметр вала, мм Переход к модели
3000 об/мин 1500 об/мин 1000 об/мин 750 об/мин
0,18 11 11 14 АИР56А2, АИР56В4, АИР63А6
0,25 14 19 АИР56В2, АИР63А4, АИР63В6, АИР71В8
0,37 14 19 22 АИР63А2, АИР63В4, АИР71А6, АИР80А8
0,55 19 АИР63В2, АИР71А4, АИР71В6, АИР80В8
0,75 19 22 24 АИР71А2, АИР71В4, АИР80А6, АИР90LA8
1,1 22 АИР71В2, АИР80А4, АИР80В6, АИР90LB8
1,5 22 24 28 АИР80А2, АИР80В4, АИР90L6, АИР100L8
2,2 24 28 32 АИР80В2, АИР90L4, АИР100L6, АИР112МА8
3 24 32 АИР90L2, АИР100S4, АИР112МА6, АИР112МВ8
4 28 28 38 АИР100S2, АИР100L4, АИР112МВ6, АИР132S8
5,5 32 38 АИР100L2, АИР112М4, АИР132S6, АИР132М8
7,5 32 38 48 АИР112M2, АИР132S4, АИР132М6, АИР160S8
11 38 48 АИР132M2, АИР132М4, АИР160S6, АИР160М8
15 42 48 55 АИР160S2, АИР160S4, АИР160М6, АИР180М8
18,5 55 60 АИР160M2, АИР160M4, АИР180М6, АИР200М8
22 48 55 60 АИР180S2, АИР180S4, АИР200М6, АИР200L8
30 65 АИР180M2, АИР180M4, АИР200L6, АИР225М8
37 55 60 65 75 АИР200M2, АИР200M4, АИР225М6, АИР250S8
45 75 75 АИР200L2, АИР200L4, АИР250S6, АИР250M8
55 65 80 АИР225M2, АИР225M4, АИР250M6, АИР280S8
75 65 75 80 АИР250S2, АИР250S4, АИР280S6, АИР280M8
90 90 АИР250М2, АИР250M4, АИР280M6, АИР315S8
110 70 80 90 АИР280S2, АИР280S4, АИР315S6, АИР315M8
132 100 АИР280M2, АИР280M4, АИР315M6, АИР355S8
160 75 90 100 АИР315S2, АИР315S4, АИР355S6
200 АИР315M2, АИР315M4, АИР355M6
250 85 100 АИР355S2, АИР355S4
315 АИР355M2, АИР355M4

По показанию счетчика

Как правило измерение счетчика отображаются в киловаттах (далее кВт). Для точности измерения стоит отключить все электроприборы или воспользоваться портативным счетчиком. Мощность электродвигателя 2,2 кВт, подразумевает что он потребляет 2,2 кВт электроэнергии в час.

Для измерения мощности по показанию счетчика нужно:

  1. Подключить мотор и дать ему поработать в течении 6 минут.
  2. Замеры счетчика умножить на 10 – получаем точную мощность электромотора.

Расчет мощности по току

  • P – мощность электродвигателя;
  • U – напряжение;
  • Ia – ток 1 фазы;
  • Ib – 2 фазы;
  • Ic – 3 фазы.

Определение оборотов вала

Асинхронные трехфазные двигатели по частоте вращения ротора делятся 4 типа: 3000, 1500, 1000 и 750 об. мин. Приводим пример маркировки на основании АИР 180:

Самый простой способ определить количество оборотов трехфазного асинхронного электродвигателя – снять задний кожух и посмотреть обмотку статора.

У двигателя на 3000 об/мин катушка обмотки статора занимает половину окружности — 180 °, то есть начало и конец секции параллельны друг другу и перпендикулярны центру. У электромоторов 1500 оборотов угол равен 120 °, у 1000 – 90 °. Схематический вид катушек изображен на чертеже. Все обмоточные данные двигателей смотрите в таблице.

Узнать частоту вращения с помощью амперметра

Узнать обороты вала двигателя, можно посчитав количество полюсов. Для этого нам понадобится миллиамперметр — подключаем измерительный прибор к обмотке статора. При вращении вала двигателя стрелка амперметра будет отклонятся. Число отклонений стрелки за один оборот – равно количеству полюсов.

Если не получилось узнать мощность и обороты

Если не получилось узнать мощность и обороты электродвигатели или вы не уверены в измерениях – обращайтесь к специалистам «Систем Качества». Наши специалисты помогут подобрать нужный мотор или провести ремонт сломанного электродвигателя АИР.

Как определить мощность и частоту оборотов электродвигателя


Возникла необходимость узнать мощность или частоту оборотов вала и другие параметры электродвигателя, но после внимательного осмотра на его корпусе не нашлось таблички (шылдика) с его наименованием и техническими параметрами. Придется определять самому, для этого есть несколько способов и мы их рассмотрим ниже.

Мощность электродвигателя представляет из себя скорость преобразования электрической энергии, ее принято определять в ваттах.

Чтоб осознать, как это работает, нам понадобится 2 величины: сила тока и напряжение. Сила тока — численность тока, которое проходит через поперечное сечение за некий отрезок времени, ее принято определять в амперах. Напряжение — значение, равная работе по перемещению заряда меж 2-мя точками цепи, ее принято определять в вольтах.

Для расчета мощности используется формула N = A/t, где:

N — мощность;

А — работа;

t — время.

Часто электродвигатель поступает с завода с уже указанными техническими параметрами. Но заявленная мощность не всегда соответствует фактической, а скорее всего она может значить лишь максимальную мощность электропотока.

Так что если на вашем электроинструменте указана, например, мощность в 500 ват, это совсем не значит что инструмент будит потреблять точно 500 ват.

Электродвигатели производят стандартной дискретной мощности, линейки типа 1.5,  2.2,  4 кВт.

Опытный электрик может легко отличить 1.5 от 2.2 кВт всего лишь взглянув на его габариты. Помимо этого он сможет определить количество оборотов двигателя по размеру статора, количеству пар полюсов и диаметра вала.

Еще более опытным в этом деле окажется обмотчик, специалист который занимается перемоткой электродвигателей со 100%-ой уверенностью определит технические параметры вашего электродвигателя.

Если табличка с характеристиками двигателя потеряна для подсчета мощности двигателя нужно измерить силу тока на обмотках ротора и с помощью стандартной формулы найти потребляемую мощность электродвигателя. 

Основные способы определения мощности двигателя

Определение мощности по току. Для этого подключаем двигатель в сеть и контролируем напряжение. Затем поочередно, в цепь каждой из обмоток статора включаем амперметр и замеряем потребляемый ток. После того как мы нашли суму потребляемых токов, полученное число необходимо умножить на фиксированное напряжение в результате получим число определяющее мощность электродвигателя в ваттах.

Определяем мощность по габаритам. Нужно измерить диаметр сердечника (с внутренней стороны) и его длину.

Дальше если знаем частоту сети нужно узнать синхронную частоту вращения вала.

Умножаем синхронную частоту вращения вала на диаметр сердечника (в сантиметрах) полученную цифру умножаем на 3.14 затем разделяем на частоту сети умноженную на 120. Полученное значение мощности будит в киловаттах.

Замер по счетчику. Способ считается самым простым. Для этого, для чистоты эксперимента, отключаем все нагрузки в доме. Дальше необходимо включить двигатель на определенное время (например 10 минут) На щетчике будит видно разницу в киловаттах по ней уже легко можно высчитать сколько киловаттах потребляет двигатель. Удобней всего будит воспользоваться портативным электросчетчиком который показывает потребление в киловаттах (ваттах) в режиме реального времени.


Для определения реального показателя мощности, которую выдает двигатель, необходимо найти скорость валового вращения, измеряемую в числе оборотов за секунду, тяговое усилие двигателя.

Частота вращения умножается последовательно на 6,28, показатель силы и радиус вала, который можно вычислить при помощи штангенциркуля. Найденное значение мощности выражается в ваттах.

Определяем рабочее количество оборотов двигателя.

Самый быстрый способ — посчитать количество катушек (катушечных групп) Определяем мощность по расчетным таблицам. С помощью штангенциркуля замеряем диаметр вала, длину мотора (без выступающего вала) и расстояние до оси.Замеряем вылет вала и его выступающую часть, диаметр фланца если он есть, а также расстояние крепежных отверстий. По этим данным с помощью сводной таблицы можно легко определить мощность двигателя и другие характеристики

1,1 КВТ

Обороты в минуту3000 об/мин1500 об/мин1000 об/мин
Габариты h, мм718080
Диаметр вала d1, мм192222
Крепление лап по ширине b10, мм112125125
Крепление лап по длине L10, мм90100100
Крепление фланца по центрам отверстий d20, мм165165165
Замок фланца d25, мм130130130

1,5 КВТ

Обороты в минуту3000 об/мин1500 об/мин1000 об/мин
Габариты h, мм808090
Диаметр вала d1, мм222224
Крепление лап по ширине b10, мм125125140
Крепление лап по длине L10, мм100100125
Крепление фланца по центрам отверстий d20, мм165165215
Замок фланца d25, мм130130180

2,2 КВТ

Обороты в минуту3000 об/мин1500 об/мин1000 об/мин
Габариты h, мм8090100
Диаметр вала d1, мм222428
Крепление лап по ширине b10, мм125140160
Крепление лап по длине L10, мм100125140
Крепление фланца по центрам отверстий d20, мм165215215
Замок фланца d25, мм130180180

4 КВТ

Обороты в минуту3000 об/мин1500 об/мин1000 об/мин
Габариты h, мм100100112
Диаметр вала d1, мм282832
Крепление лап по ширине b10, мм160160190
Крепление лап по длине L10, мм112140140
Крепление фланца по центрам отверстий d20, мм215215265
Замок фланца d25, мм180180230

Регулировка оборотов асинхронного двигателя своими руками (схема, видео)

Достаточно часто режим работы вспомогательного механизированного оборудования требует понижения штатных частот вращения. Добиться такого эффекта позволяет регулировка оборотов асинхронного двигателя. Как это сделать своими руками (расчет и сборку), используя стандартные схемы управления или самодельные устройства, попробуем разобраться далее.

Что такое асинхронный двигатель?

Электродвигатели переменного тока нашли довольно широкое применение в различных сферах нашей жизнедеятельности, в подъемно транспортном, обрабатывающем, измерительном оборудовании. Они используются для превращения электрической энергии, которая поступает от сети, в механическую энергию вращающегося вала. Чаще всего используются именно асинхронные преобразователи переменного тока. В них частота вращения ротора и статора отличаются. Между этими активными элементами обеспечивается конструктивный воздушный зазор.

И статор, и ротор имеют жесткий сердечник из электротехнической стали (наборного типа, из пластин), выступающий в роли магнитопровода, а также обмотку, которая укладывается в конструктивные пазы сердечника. Именно способ организации или укладки обмотки ротора является ключевым критерием классификации этих машин.

Двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКР)

Здесь используется обмотка в виде алюминиевых, медных или латунных стержней, которые вставляются в пазы сердечника и с обеих сторон замыкаются дисками (кольцами). Тип соединения этих элементов зависит от мощности двигателя: для малых значений используют метод совместной отливки дисков и стержней, а для больших – раздельное изготовление с последующей сваркой между собой. Обмотка статора подключается с использованием схем «треугольника» или «звезды».

Двигатели с фазным ротором

К сети подключается трехфазная обмотка ротора, посредством контактных колец на основном валу и щеток. За основу принимается схема «звезда». На рисунке внизу представлена типичная конструкция такого двигателя.

Принцип работы и число оборотов асинхронных двигателей

Данный вопрос рассмотрим на примере АДКР, как наиболее распространенного типа электродвигателей подъемно-транспортном и обрабатывающем оборудовании. Напряжение от сети подается на обмотку статора, каждая из трех фаз которой смещена геометрически на 120°. После подачи напряжения возникает магнитное поле, создающее путем индукции ЭДС и ток в обмотках ротора. Последнее вызывает электромагнитные силы, заставляющие ротор вращаться. Еще одна причина, по которой все это происходит, а именно, возникает ЭДС, является разность оборотов статора и ротора.

Одной из ключевых характеристик любого АДКР является частота вращения, расчет которой можно вести по следующей зависимости:

n = 60f / p, об/мин

где f – частота сетевого напряжения, Гц, р – число полюсных пар статора.

Все технические характеристики указываются на металлической табличке, закрепленной на корпусе. Но если она отсутствует по какой-то причине, то определить число оборотов нужно вручную по косвенным показателям. Как правило, используется три основных метода:

  • Расчет количества катушек. Полученное значение сопоставляется с действующими нормами для напряжения 220 и 380В (см. табл. ниже),

  • Расчет оборотов с учетом диаметрального шага обмотки. Для определения используется формула вида:

2p = Z1 / y,

где 2p – число полюсов, Z1 – количество пазов в сердечнике статора, y – собственно, шаг укладки обмотки.

Стандартные значения оборотов:

  • Расчет числа полюсов по сердечнику статора. Используются математические формулы, где учитываются геометрические параметры изделия:

2p = 0,35Z1b / h или 2p = 0,5Di / h,

где 2p – число полюсов, Z1 – количество пазов в статоре, b – ширина зубца, см, h – высота спинки, см, Di – внутренний диаметр, образованный зубцами сердечника, см.

После этого по полученным данным и магнитной индукции нужно определить количество витков, которое сверяется с паспортными данными двигателей.

Способы изменения оборотов двигателя

Регулировка оборотов любого трехфазного электродвигателя, используемого в подъемно-транспортной технике и оборудовании, позволяет добиться требуемых режимов работы точно и плавно, что далеко не всегда возможно, например, за счет механических редукторов. На практике используется семь основных методов коррекции скорости вращения, которые делятся на два ключевых направления:

  1. Изменение скорости магнитного поля в статоре. Достигается за счет частотного регулирования, переключения числа полюсных пар или коррекции напряжения. Следует добавить, что эти методы применимы для электродвигателей с короткозамкнутым ротором,
  2. Изменение величины скольжения. Этот параметр можно откорректировать за счет питающего напряжения, подключения дополнительного сопротивления в электрическую цепь ротора, применения вентильного каскада или двойного питания. Используется для моделей с фазным ротором.

Наиболее востребованными методами являются регулирование напряжения и частоты (за счет применения преобразователей), а также изменение количества полюсных пар (реализуется путем организации дополнительной обмотки с возможностью переключения).

Типичные схемы регуляторов оборотов

На рынке сегодня есть широкий выбор регуляторов и частотных преобразователей для асинхронных двигателей. Тем не менее, для бытовых нужд подъемного или обрабатывающего оборудования вполне можно сделать расчет и сборку на микросхеме самодельного прибора на базе тиристоров или мощных транзисторов.

Ниже представлен пример схемы достаточно мощного регулятора для асинхронного двигателя. За счет чего можно добиться плавного контроля параметров его работы, снижения энергопотребления до 50%, расходов на техническое обслуживание.

Данная схема является сложной. Для бытовых нужд ее можно значительно упростить, используя в качестве рабочего элемента симистор, например, ВТ138-600. В этом случае схема будет выглядеть следующим образом:

Обороты электродвигателя будут регулироваться за счет потенциометра, который определяет фазу входного импульса, открывающего симистор.

Как можно судить из информации, представленной выше, от оборотов асинхронного двигателя зависят не только параметры его работы, но и эффективность функционирования питаемого подъемного или обрабатывающего оборудования. В торговой сети сегодня можно приобрести самые разнообразные регуляторы, но также можно совершить расчет и собрать эффективное устройство своими руками.

Как изменить обороты асинхронного двигателя

Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя : изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора

Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = n о (1 – s).

Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.

Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 – 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре

Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя , позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U 1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения .

При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент М кр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения U рет (рис. 3 ), а скольжение от U рег не зависит.

Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора

Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре

Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора

Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении Uном или на холостом ходу.

Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до n кр.

Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.

Рис. 4. Схема замкнутой системы регулирования скорости тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двигатель (ТРН – АД)

Замкнутая схема управления асинхронным двигателем , выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения – электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения

Так как частота вращения магнитного поля статора n о = 60 f /р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость n о магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.

Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6.

Рис. 5. Схема частотного электропривода

Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании

С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 – 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей: звена постоянного тока (неуправляемого выпрямителя), силового импульсного инвертора и системы управления.

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока.

Силовой трехфазный импульсный инвертор содержит шесть транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями. Регулирование выходной частоты I вых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов

Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Из выражения n о = 60 f /р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения n о магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.

Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.

Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а – с одинарной звезды на двойную; б – с треугольника на двойную звезду

Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.

Использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.

Благодаря надежности и простоте конструкции асинхронные двигатели (АД) получили широкое распространение. В большинстве станков, промышленном и бытовом оборудовании применяются электродвигатели такого типа. Изменение скорости вращения АД производится механически (дополнительной нагрузкой на валу, балластом, передаточными механизмами, редукторами и т.д.) или электрическими способами. Электрическое регулирование более сложное, но и гораздо более удобное и универсальное.

Для многих агрегатов применяется именно электрическое управление. Оно обеспечивает точное и плавное регулирование пуска и работы двигателя. Электрическое управление производится за счет:

  • изменения частоты тока;
  • силы тока;
  • уровня напряжения.

В этой статье мы рассмотрим популярные способы, как может осуществляться регулировка оборотов асинхронного двигателя на 220 и 380В.

Изменение скорости АД с короткозамкнутым ротором

Существует несколько способов:

  1. Управление вращением за счет изменения электромагнитного поля статора: частотное регулирование и изменение числа пар полюсов.
  1. Изменение скольжения электромотора за счет уменьшения или увеличения напряжения (может применяться для АД с фазным ротором).

Частотное регулирование

В данном случае регулировка производится с помощью подключенного к двигателю устройства для преобразования частоты. Для этого применяются мощные тиристорные преобразователи. Процесс частотного регулирования можно рассмотреть на примере формулы ЭДС трансформатора:

Данное выражение означает, что для сохранения постоянного магнитного потока, означающего сохранение перегрузочной способности электромотора, следует одновременно с преобразованием частоты корректировать и уровень питающего напряжения. Если сохраняется выражение, вычисленное по формуле:

то это означает, что критический момент не изменен. А механические характеристики соответствуют рисунку ниже, если вы не понимаете, что значат эти характеристики, то в этом случае регулировка происходит без потери мощности и момента.

Достоинствами данного метода являются:

  • плавное регулирование;
  • изменение скорости вращения ротора в большую и меньшую сторону;
  • жесткие механические характеристики;
  • экономичность.

Недостаток один — необходимость в частотном преобразователе, т.е. увеличение стоимости механизма. К слову, на современном рынке представлены модели с однофазным и трёхфазным входом, стоимость которых при мощности 2-3 кВт лежит в диапазоне 100-150 долларов, что не слишком дорого для полноценной регулировки привода станков в частной мастерской.

Переключение числа пар полюсов

Данный метод применяется для многоскоростных двигателей со сложной обмоткой, позволяющей изменять число пар ее полюсов. Самое широкое применение получили двухскоростные, трехскоростные и четырехскоростные АД. Принцип регулировки проще всего рассмотреть на основе двухскоростного АД. В такой машине обмотка каждой фазы состоит из двух полуобмоток. Скорость вращения изменяется при подключении их последовательно или параллельно.

В четырехскоростном электродвигателе обмотка выполнена в виде двух независимых друг от друга частей. При изменении числа пар полюсов первой обмотки производится изменение скорости работы электромотора с 3000 до 1500 оборотов в минуту. При помощи второй обмотки производится регулировка вращения 1000 и 500 оборотов в минуту.

При изменении числа пар полюсов происходит и изменение критического момента. Для его сохранения неизменным, требуется одновременно с изменением числа пар полюсов регулировать и питающее напряжение, например, переключением схемы звезда-треугольник и их вариациями.

Достоинства данного метода:

  • жесткие механические характеристики двигателя;
  • высокий КПД.
  • ступенчатая регулировка;
  • большой вес и габаритные размеры;
  • высокая стоимость электромотора.

Способы управления скоростью АД с фазным ротором

Изменение скорости вращения АД с фазным ротором производится путем изменения скольжения. Рассмотрим основные варианты и способы.

Изменение питающего напряжения

Этот способ также применяется для АД с КЗ ротором. Асинхронный двигатель подключается через автотрансформатор или ЛАТР. Если уменьшать напряжение питания, частота вращения двигателя снизится.

Но такой режим уменьшает перегрузочную способность двигателя. Этот способ применяется для регулирования в пределах напряжения не выше номинального, так как увеличение номинального напряжения приведет к выходу электродвигателя из строя.

Активное сопротивление в цепи ротора

При использовании данного метода в цепь ротора подключается реостат или набор постоянных резисторов большой мощности. Данное устройство предназначено для плавного увеличения сопротивления.

Скольжение растет пропорционально увеличению сопротивления, а скорость вращения вала электромотора при этом снижается.

  • большой диапазон регулирования в сторону понижения скорости вращения.
  • снижение КПД;
  • увеличение потерь;
  • ухудшение механических характеристик.

Асинхронный вентильный каскад и машины двойного питания

Изменение скорости работы асинхронных электромоторов в данных случаях выполняется путем изменения скольжения. При этом скорость вращения электромагнитного поля неизменна. Напряжение подается напрямую на обмотки статора. Регулировка происходит за счет использования мощности скольжения, которая трансформируется в цепь ротора, и образует добавочную ЭДС. Такие методы используются только в специальных машинах и крупных промышленных устройствах.

Плавный пуск асинхронных электродвигателей

АД кроме безусловных преимуществ, обладают существенными недостатками. Это рывок на старте и большие пусковые токи, в 7 раз превышающие номинальные. Для мягкого старта электродвигателя используются следующие методы:

  • переключение обмоток по схеме звезда – треугольник;
  • включение электродвигателя через автотрансформатор;
  • использование специализированных устройств для плавного пуска.

В большинстве частотных регуляторов есть функция плавного пуска двигателя. Это не только снижает пусковые токи, но и уменьшает нагрузки на исполнительные механизмы. Поэтому регулирование частоты и плавный пуск довольно сильно связаны между собой.

Как сделать устройство для изменения скорости вращения электродвигателя своими руками

Для регулировки маломощных однофазных АД можно использовать диммеры. Однако этот способ ненадежен и обладает серьезными недостатками: снижением КПД, серьезным перегревом устройства и опасностью повреждения двигателя.

Для надежного и качественного регулирования оборотов электродвигателей на 220В, лучше всего подходит частотное регулирование.

Приведенная ниже схема позволяет собрать частотное устройство для регулировки электромоторов мощностью до 500 Вт. Изменение скорости вращения производится в границах от 1000 до 4000 оборотов в минуту.

Устройство состоит из задающего генератора с изменяемой частотой, состоящего из мультивибратора, собранного на микросхеме К561ЛА7, счетчика на микросхеме К561ИЕ8, полумоста регулятора. Выходной трансформатор Т1 выполняет развязку верхнего и нижнего транзисторов полумоста.

Демпфирующая цепь С4, R7 гасит всплески напряжения опасные для силовых транзисторов VT3, VT4. Выпрямитель, удвоитель напряжения питающей сети, включает в себя диодный мост VD9, с конденсатором фильтра на которых происходит удвоение напряжения питания полумоста.

Напряжение первичной обмотки: 2х12В, вторичной обмотки 12В. Первичная обмотка трансформатора управления ключами, состоит из 120 витков медного провода сечением 0,7мм, с отводом от середины. Вторичная – две обмотки, каждая по 60 витков повода сечением 0,7 мм.

Вторичные обмотки необходимо максимально надежно заизолировать друг от друга, так как разница потенциалов между ними доходит до 640 В. Подключение выходных обмоток к затворам ключей производится в противофазе.

Вот мы и рассмотрели способы регулировки оборотов асинхронных двигателей. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки – рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя – разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

n1 скорость вращения магнитного поля

n2– скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения – из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз – то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

Автотрансформаторное регулирование напряжения

Автотрансформатор – это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

Преимущества данной схемы:

  • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
  • хорошая перегрузочная способность трансформатора

Недостатки:

  • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
  • все недостатки присущие регулировке напряжением

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

В данной схеме используются ключи – два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки – ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования – пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно – шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения – для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

Достоинства тиристорных регуляторов:

Недостатки:

  • можно использовать для двигателей небольшой мощности
  • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
  • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
  • все недостатки регулирования напряжением

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.

Транзисторный регулятор напряжения

Как называет его сам производитель – электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы – полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы – диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

Плюсы электронного автотрансформатора:

  • Небольшие габариты и масса прибора
  • Невысокая стоимость
  • Чистая, неискажённая форма выходного тока
  • Отсутствует гул на низких оборотах
  • Управление сигналом 0-10 Вольт

Слабые стороны:

  • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
  • Все недостатки регулировки напряжением

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина – не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие – массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование – основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

Преобразователи для однофазных двигателей

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей – INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

f – частота тока

С – ёмкость конденсатора

В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя – в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

Преимущества специализированного частотного преобразователя:

  • интеллектуальное управление двигателем
  • стабильно устойчивая работа двигателя
  • огромные возможности современных ПЧ:
  • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
  • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
  • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
  • различные выходы
  • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
  • предустановленные скорости
  • ПИД-регулятор

Минусы использования однофазного ПЧ:

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого – магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

Преимущества:

  • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
  • огромный выбор по мощности и производителям
  • более широкий диапазон регулирования частоты
  • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

Недостатки метода:

  • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
  • пульсирующий и пониженный момент
  • повышенный нагрев
  • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

Электродвигатели серий АДР (регулируемые) и АДИ (исполнительные)

Параметры двигателя АДР 65-4I-100 регулируемый АДИ 65-4I-200 регулируемый АДР 71-4A-100 регулируемый АДИ 71-4A-200 регулируемый ПРИМЕЧАНИЕ
1 Мощность, кВт 0,75 1,5 1,1 2,2 Номинальная мощность, S1
2 Фазное напряжение, В ≈ 208 ≈ 208 ≈ 208 ≈ 208 Снижено из-за инвертора
3 Скорость вращения, об/мин 3000 (2825) 6000 (5825) 3000 (2850) 6000 (5850) Расчетные значения
4 Частота тока (f ном), Гц 100 200 100 200 Частота указана в названии АД
5 КПД, отн. ед. ≈ 0,77 ≈ 0,85 ≈ 0,78 ≈ 0,86 Максимум КПД при cos φ ≈ 0,71
6 Коэфф. мощности (cos φ) ≈ 0,65 ≈ 0,68 ≈ 0,71 ≈ 0,71 В векторном режиме (с нагрузкой)
7 Сопряжение фаз (Y/Δ), В ≈ 360 (Y) ≈ 360 (Y) ≈ 360 (Y) ≈ 360 (Y)  
8 Тип обмотки (сопряжение) Y Y Y Y  
9 Плотность тока, А/мм2 7,0 7,0 6,5 6,5 Номинальное значение
10 Ном. момент, Нм 2,535 2,459 3,686 3,591 При номинальной мощности
11 Диапазон регулирования, Гц 25-200 0-300 25-200 0-300 С выхода инвертора (3 фазы)
12 Способ охлаждения собственное внешнее собственное внешнее  
13 Масса двигателя, кг 6,0 7,0 8,1 9,1  

В чем разница между асинхронными и синхронными двигателями?

Загрузить статью в формате .PDF

Растущее значение энергоэффективности побудило производителей электродвигателей продвигать различные схемы, улучшающие характеристики электродвигателей. К сожалению, терминология, связанная с моторными технологиями, может сбивать с толку, отчасти потому, что несколько терминов иногда могут использоваться взаимозаменяемо для обозначения одной и той же базовой конфигурации двигателя. Среди классических примеров этого явления — асинхронные двигатели и асинхронные двигатели.

Все асинхронные двигатели являются асинхронными двигателями. Асинхронный характер работы асинхронного двигателя происходит из-за скольжения между скоростью вращения поля статора и несколько меньшей скоростью ротора. Более конкретное объяснение того, как возникает это проскальзывание, касается деталей внутреннего устройства двигателя.

Большинство современных асинхронных двигателей содержат вращающийся элемент (ротор), известный как беличья клетка. Цилиндрическая беличья клетка состоит из тяжелых медных, алюминиевых или латунных стержней, вставленных в канавки и соединенных с обоих концов токопроводящими кольцами, которые электрически замыкают стержни вместе.Твердый сердечник ротора состоит из пакетов пластин электротехнической стали. В роторе меньше пазов, чем в статоре. Количество пазов ротора также должно быть нецелым кратным пазам статора, чтобы предотвратить магнитную блокировку зубцов ротора и статора при запуске двигателя.

Также можно найти асинхронные двигатели, содержащие роторы, состоящие из обмоток, а не из короткозамкнутого ротора. Смысл этой конфигурации с фазным ротором состоит в том, чтобы обеспечить средство уменьшения тока ротора, когда двигатель сначала начинает вращаться.Обычно это достигается путем последовательного подключения каждой обмотки ротора к резистору. Обмотки получают ток через некое контактное кольцо. Как только ротор достигает конечной скорости, полюса ротора замыкаются на короткое замыкание, таким образом, электрически они становятся такими же, как ротор с короткозамкнутым ротором.

Неподвижная часть обмоток двигателя называется якорем или статором. Обмотки статора подключаются к источнику переменного тока. Подача напряжения на статор вызывает прохождение тока в обмотках статора.Прохождение тока индуцирует магнитное поле, которое воздействует на ротор, создавая напряжение и ток в элементах ротора.

Северный полюс статора индуцирует южный полюс ротора. Но полюс статора вращается при изменении амплитуды и полярности переменного напряжения. Индуцированный полюс пытается следовать за вращающимся полюсом статора. Однако закон Фарадея гласит, что электродвижущая сила генерируется, когда петля из проволоки перемещается из области с низкой напряженностью магнитного поля в область с высокой напряженностью магнитного поля, и наоборот.Если бы ротор точно следовал за движущимся полюсом статора, напряженность магнитного поля не изменилась бы. Таким образом, ротор всегда отстает от вращения поля статора. Поле ротора всегда на некоторую величину отстает от поля статора, поэтому он вращается со скоростью, несколько меньшей, чем у статора. Разница между ними называется скольжением.

Размер скольжения может быть разным. Это зависит, главным образом, от нагрузки двигателя, но также зависит от сопротивления цепи ротора и напряженности поля, создаваемого магнитным потоком статора.

Несколько простых уравнений проясняют основные взаимосвязи.

Когда на статор изначально подается переменный ток, ротор неподвижен. Напряжение, индуцируемое в роторе, имеет ту же частоту, что и на статоре. Когда ротор начинает вращаться, частота индуцированного в нем напряжения f r падает. Если f — частота напряжения статора, то скольжение, s, связывает эти два через f r = s f .Здесь s выражается в виде десятичной дроби.

Когда ротор неподвижен, ротор и статор фактически образуют трансформатор. Таким образом, напряжение E , индуцированное в роторе, определяется уравнением трансформатора

E = 4,44 f N м

, где Н, = количество проводников под одним полюсом статора (обычно небольшое для двигателя с короткозамкнутым ротором) и № м = максимальный магнитный поток по Веберсу.Таким образом, напряжение E r , индуцируемое при вращении ротора, зависит от скольжения:

E r = 4,44 s f N Ñ „ m = s E

Описание синхронных двигателей

Синхронный двигатель имеет особую конструкцию ротора, которая позволяет ему вращаться с одинаковой скоростью, то есть синхронно, с полем статора. Одним из примеров синхронного двигателя является шаговый двигатель, широко используемый в приложениях, связанных с управлением положением.Однако недавние достижения в схемах управления мощностью привели к появлению конструкций синхронных двигателей, оптимизированных для использования в таких ситуациях с более высокой мощностью, как вентиляторы, нагнетатели и ведущие мосты внедорожных транспортных средств.

Существует два основных типа синхронных двигателей:

• Самовозбуждение — использует принципы, аналогичные принципам асинхронных двигателей, и

• С прямым возбуждением — обычно с постоянными магнитами, но не всегда

Самовозбуждающийся синхронный двигатель, также называемый реактивным электродвигателем, содержит ротор, отлитый из стали, который имеет выемки или зубцы, называемые выступающими полюсами.Это выемки, которые позволяют ротору блокироваться и работать с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле.

Чтобы переместить ротор из одного положения в другое, схема должна последовательно переключать питание на последовательные обмотки / фазы статора аналогично тому, как это происходит в шаговом двигателе. Синхронный двигатель с прямым возбуждением можно называть разными именами. Обычные названия включают ECPM (постоянный магнит с электронной коммутацией), BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока) или просто бесщеточный двигатель с постоянным магнитом.В этой конструкции используется ротор, содержащий постоянные магниты. Магниты могут устанавливаться на поверхности ротора или вставляться в узел ротора (в этом случае двигатель называется внутренним двигателем с постоянными магнитами).

Постоянные магниты являются основными полюсами этой конструкции и предотвращают скольжение. Микропроцессор управляет последовательным переключением питания на обмотки статора в нужное время с помощью твердотельных переключателей, сводя к минимуму пульсации крутящего момента. Принцип действия всех этих типов синхронных двигателей в основном одинаков.Электроэнергия подается на катушки, намотанные на зубья статора, что заставляет значительный магнитный поток пересекать воздушный зазор между ротором и статором. Поток течет перпендикулярно воздушному зазору. Если явный полюс ротора идеально совмещен с зубом статора, крутящий момент не создается. Если зуб ротора находится под некоторым углом к ​​зубу статора, по крайней мере, часть потока пересекает зазор под углом, не перпендикулярным поверхностям зуба. Результатом является крутящий момент на роторе. Таким образом, переключение мощности на обмотки статора в нужное время вызывает структуру магнитного потока, которая приводит к движению либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.

Еще один тип синхронного двигателя называется реактивным электродвигателем с переключаемым сопротивлением (SR).

Его ротор состоит из многослойных стальных пластин с рядом зубцов. Зубы магнитопроницаемы, а окружающие их области слабо проницаемы из-за прорезанных в них щелей. Таким образом, ротор не требует обмоток, редкоземельных материалов или магнитов.

В отличие от асинхронных двигателей, здесь нет стержней ротора, и, следовательно, в роторе отсутствует ток, создающий крутящий момент. Отсутствие проводов какой-либо формы на роторе SR означает, что общие потери в роторе значительно ниже, чем в других двигателях, в которых роторы имеют проводники.Крутящий момент, создаваемый двигателем SR, регулируется путем регулировки величины тока в электромагнитах статора. Затем скорость регулируется путем регулирования крутящего момента (через ток в обмотке). Этот метод аналогичен тому, как скорость регулируется током якоря в традиционном щеточном двигателе постоянного тока.

Двигатель SR создает крутящий момент, пропорциональный величине тока, подаваемого на его обмотки. На производство крутящего момента не влияет скорость двигателя. Это отличается от асинхронных двигателей переменного тока, в которых при высоких скоростях вращения в области ослабления поля ток ротора все больше отстает от вращающегося поля по мере увеличения скорости вращения двигателя.

Объяснение скорости двигателя: погружение в двигатели переменного и постоянного тока

Скорость, крутящий момент, мощность и напряжение являются важными факторами при выборе двигателя. В этом блоге, состоящем из двух частей, мы углубимся в особенности скорости двигателя. В части 1 мы обсудим, как скорость различается между типами двигателей, а в части 2 мы рассмотрим, когда следует рассмотреть возможность добавления коробки передач в приложение.

Скорость асинхронного двигателя переменного тока

Электродвигатели переменного тока

уникальны тем, что созданы для работы на определенных скоростях независимо от их конструкции или производителя.Скорость двигателя переменного тока зависит от количества полюсов и частоты сети источника питания, а не от его напряжения. Обычные двигатели переменного тока состоят из двух или четырех полюсов. В полюсах статора создается магнитное поле, которое индуцирует результирующие магнитные поля в роторе, которые соответствуют частоте изменяющегося магнитного поля в статоре. Двухполюсные двигатели переменного тока, работающие с частотой 60 Гц, всегда будут работать со скоростью приблизительно 3600 об / мин, а четырехполюсные двигатели переменного тока будут иметь скорость около 1800 об / мин.

Скорость = 120 x частота (Гц) / число полюсов двигателя

Пример 120 x 60 Гц / 4 полюса = 1800 об / мин.

Имейте в виду, что скорость двигателя переменного тока не будет достигать этих точных значений — и будет немного ниже — потому что существует определенная величина скольжения, которая должна присутствовать для двигателя для создания крутящего момента. Ротор всегда будет вращаться медленнее, чем магнитное поле статора, и постоянно играет в догонялки. Это создает крутящий момент для запуска двигателя переменного тока.Разница между синхронными скоростями статора (3600 и 1800 об / мин) и фактической рабочей скоростью называется скольжением. (Дополнительные сведения о скольжении см. В нашем блоге «Синхронные и асинхронные двигатели: обнаружение различий».)

Элемент управления может использоваться для изменения скорости трехфазного двигателя переменного тока путем увеличения или уменьшения частоты, передаваемой на двигатель, в результате чего он ускоряется или замедляется. Кроме того, многие элементы управления переменного тока имеют однофазный вход, поэтому это позволяет запускать трехфазные двигатели на объектах, где отсутствует трехфазное питание.

Однако эта возможность изменять скорость не характерна для однофазных двигателей переменного тока. Эти двигатели подключаются непосредственно к стандартной розетке и работают с установленной доступной частотой. Исключением из этого практического правила будет потолочный вентилятор, который работает от однофазного двигателя переменного тока, но имеет три различных настройки скорости.

Скорость двигателя постоянного тока

Хотя двигатели постоянного тока с постоянными магнитами также имеют полюса, эти полюса не влияют на скорость, как двигатели переменного тока, потому что есть несколько других факторов, влияющих на двигатели постоянного тока.Количество витков провода в якоре, рабочее напряжение двигателя и сила магнитов — все это влияет на скорость двигателя. Если двигатель постоянного тока работает от батареи 12 В, это максимальное напряжение, доступное для устройства, и двигатель сможет работать только на скорости, рассчитанной на 12 В. Если батарея разряжена и подает меньшее напряжение, скорость соответственно уменьшится.

Теперь, если вы подключите тот же двигатель 12 В постоянного тока к источнику питания 24 В постоянного тока, ваша скорость обычно удваивается. Имейте в виду, что работа двигателя с удвоенной скоростью при одной и той же точке нагрузки / крутящего момента приведет к тому, что двигатель будет работать более интенсивно, создавая дополнительный нагрев, который со временем может вызвать преждевременный отказ двигателя.

Как и в случае трехфазных двигателей переменного тока и бесщеточных двигателей постоянного тока, средства управления могут использоваться с двигателями постоянного тока. Регуляторы постоянного тока регулируют скорость, изменяя напряжение, подаваемое на двигатель (это отличается от средств управления двигателем переменного тока, которые регулируют сетевую частоту двигателя).

Типичные скорости холостого хода или синхронные скорости для двигателя переменного тока с дробной мощностью 1800 или 3600 об / мин и от 1000 до 5000 об / мин для двигателей постоянного тока с дробной мощностью. Если приложение требует более низкой скорости и / или более высокого крутящего момента, следует рассмотреть вариант редукторного двигателя.Чтобы узнать больше о добавлении редуктора, ознакомьтесь с частью 2, «Объяснение скорости двигателя: когда использовать редуктор».

▷ Синхронные и асинхронные двигатели — где их использовать?

Многие люди часто путаются с терминами «синхронные» и «асинхронные двигатели» и с их областями применения. Именно поэтому один из новейших членов сообщества электротехники написал эту статью. Проверьте это ниже:

Следующая информация касается общих принципов работы синхронных и асинхронных двигателей, их преимуществ, а также где они обычно используются и чего можно достичь с помощью каждого из этих двигателей.

Давайте сначала сконцентрируемся на их принципах работы…

Синхронные и асинхронные двигатели — принципы работы

Синхронные двигатели

Это типичный электродвигатель переменного тока, способный развивать синхронную скорость. В этих двигателях и статор, и ротор вращаются с одинаковой скоростью, что обеспечивает синхронизацию. Основной принцип работы заключается в том, что когда двигатель подключен к сети, электричество течет в обмотки статора, создавая вращающееся электромагнитное поле.Это, в свою очередь, индуцируется на обмотках ротора, который затем начинает вращаться.

Требуется внешний источник постоянного тока, чтобы синхронизировать направление и положение вращения ротора с направлением вращения статора. В результате такой блокировки двигатель либо должен работать синхронно, либо не вращаться совсем.

Двигатели асинхронные

Принцип работы асинхронных двигателей почти такой же, как и у синхронных двигателей, за исключением того, что к ним не подключен внешний возбудитель.Проще говоря, асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели, также работают по принципу электромагнитной индукции, в которых ротор не получает никакой электроэнергии за счет теплопроводности, как в случае двигателей постоянного тока.

Единственная загвоздка в том, что в асинхронных двигателях нет внешнего устройства, подключенного для возбуждения ротора, и, следовательно, скорость ротора зависит от переменной магнитной индукции. Это изменяющееся электромагнитное поле заставляет ротор вращаться со скоростью, меньшей, чем скорость магнитного поля статора.Поскольку скорость ротора и скорость магнитного поля статора меняются, эти двигатели известны как асинхронные двигатели. Разница в скорости известна как «проскальзывание».

Синхронные и асинхронные двигатели — преимущества и недостатки

  1. Синхронный двигатель работает с постоянной скоростью и заданной частотой независимо от нагрузки. Но скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
  2. Синхронный двигатель может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности, как с запаздыванием, так и с опережением, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с запаздыванием p.f, который может быть очень низким при уменьшении нагрузок.
  3. Синхронный двигатель не запускается автоматически, тогда как асинхронный двигатель может запускаться самостоятельно.
  4. На крутящий момент синхронного двигателя не влияют изменения приложенного напряжения, как на асинхронный двигатель.
  5. Для запуска синхронного двигателя требуется внешнее возбуждение постоянного тока, но асинхронный двигатель не требует внешнего возбуждения для работы.
  6. Синхронные двигатели обычно дороги и сложны по сравнению с асинхронными двигателями, которые менее дороги и удобны для пользователя.
  7. Синхронные двигатели особенно хороши для низкоскоростных приводов (ниже 300 об / мин), потому что их коэффициент мощности всегда можно отрегулировать до 1,0, и они очень эффективны. С другой стороны, асинхронные двигатели отлично подходят для скоростей выше 600 об / мин.
  8. В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях за счет использования мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты. Их можно использовать для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.

Синхронные и асинхронные двигатели — применение

Приложения для синхронных двигателей
  1. Они обычно используются на электростанциях для достижения соответствующего коэффициента мощности. Они работают параллельно шинам и часто перегружаются извне для достижения желаемого коэффициента мощности.
  2. Они также используются в обрабатывающей промышленности, где используется большое количество асинхронных двигателей и трансформаторов для преодоления запаздывающей p.f.
  3. Используется на электростанциях для выработки электроэнергии с заданной частотой.
  4. Используется для управления напряжением путем изменения его возбуждения в линиях передачи.
Применение асинхронных двигателей

Более 90% двигателей, используемых в мире, являются асинхронными двигателями, и они находят широкое применение в самых разных областях. Вот некоторые из них:

  1. Центробежные вентиляторы, нагнетатели и насосы
  2. Компрессоры
  3. Конвейеры
  4. Подъемники, а также краны большой грузоподъемности
  5. Станки токарные
  6. Нефтяные, текстильные, бумажные комбинаты и т. Д.
Заключение

В заключение, синхронные двигатели используются только тогда, когда от машины требуются характеристики низкой или сверхнизкой скорости, а также при желаемых коэффициентах мощности (как отстающих, так и опережающих). Принимая во внимание, что асинхронные двигатели преимущественно используются в большинстве вращающихся или движущихся машин, таких как вентиляторы, подъемники, шлифовальные машины и т. Д.

Что вы думаете об этой статье? Вам это помогло?

Методы регулирования скорости асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель практически представляет собой двигатель с постоянной скоростью, что означает, что для всего диапазона нагрузки изменение скорости двигателя довольно мало.Скорость параллельного двигателя постоянного тока можно очень легко изменять с хорошим КПД, но в случае асинхронных двигателей снижение скорости сопровождается соответствующей потерей эффективности и низким коэффициентом мощности. Поскольку асинхронные двигатели широко используются, регулирование их скорости может потребоваться во многих приложениях. Различные методы управления скоростью асинхронного двигателя объясняются ниже.

Регулировка скорости асинхронного двигателя со стороны статора

1. Путем изменения подаваемого напряжения:

Из уравнения крутящего момента асинхронного двигателя,
Сопротивление ротора R 2 постоянно, и если скольжение s небольшое, то (sX 2 ) 2 настолько мало, что им можно пренебречь.Следовательно, T ∝ sE 2 2 , где E 2 — ЭДС, индуцированная ротором, а E 2 V
Таким образом, T ∝ sV 2 , что означает, что если подаваемое напряжение уменьшается, развиваемый крутящий момент уменьшается. Следовательно, для обеспечения того же момента нагрузки скольжение увеличивается с уменьшением напряжения, и, следовательно, скорость уменьшается. Этот метод является самым простым и дешевым, но все еще используется редко, потому что
  1. требуется большое изменение напряжения питания для относительно небольшого изменения скорости.
  2. , большое изменение напряжения питания приведет к большому изменению плотности магнитного потока, следовательно, это нарушит магнитные условия двигателя.

2. Изменяя применяемую частоту

Синхронная скорость вращающегося магнитного поля асинхронного двигателя определяется по формуле,
. где f = частота питания и P = количество полюсов статора.
Следовательно, синхронная скорость изменяется с изменением частоты питания. Фактическая скорость асинхронного двигателя определяется как N = Ns (1 — s) .Однако этот метод не получил широкого распространения. Его можно использовать там, где асинхронный двигатель питается от специального генератора (так что частоту можно легко изменять, изменяя скорость первичного двигателя). Кроме того, при более низкой частоте ток двигателя может стать слишком большим из-за пониженного реактивного сопротивления. А если частота превышает номинальное значение, максимальный развиваемый крутящий момент падает, а скорость увеличивается.

3. Постоянное регулирование U / F асинхронного двигателя

Это самый популярный метод управления скоростью асинхронного двигателя.Как и в описанном выше методе, если частота питания снижается при сохранении номинального напряжения питания, поток в воздушном зазоре стремится к насыщению. Это вызовет чрезмерный ток статора и искажение магнитной волны статора. Следовательно, напряжение статора также должно быть уменьшено пропорционально частоте, чтобы поддерживать постоянный магнитный поток в воздушном зазоре. Величина потока статора пропорциональна отношению напряжения статора к частоте. Следовательно, если отношение напряжения к частоте остается постоянным, магнитный поток остается постоянным.Кроме того, при поддержании постоянного V / F развиваемый крутящий момент остается приблизительно постоянным. Этот метод дает более высокую эффективность во время выполнения. Поэтому в большинстве приводов переменного тока для управления скоростью используется метод постоянного напряжения / частоты (или метод переменного напряжения и переменной частоты). Наряду с широким диапазоном регулирования скорости, этот метод также предлагает возможность «плавного пуска».

4. Изменение количества полюсов статора

Из приведенного выше уравнения синхронной скорости можно увидеть, что синхронная скорость (и, следовательно, скорость движения) может быть изменена путем изменения количества полюсов статора.Этот метод обычно используется для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, поскольку ротор с короткозамкнутым ротором адаптируется к любому количеству полюсов статора. Смена полюсов статора достигается двумя или более независимыми обмотками статора, намотанными на разное количество полюсов в одинаковых пазах.
Например, статор намотан с двумя 3-фазными обмотками, одна на 4 полюса, а другая на 6 полюсов.
для частоты питания 50 Гц
i) синхронная скорость при подключении 4-полюсной обмотки, Ns = 120 * 50/4 = 1500 об / мин
ii) синхронная скорость при подключении 6-полюсной обмотки, Ns = 120 * 50/6 = 1000 об / мин

Регулировка скорости со стороны ротора:

1.Роторный реостат управления

Этот метод аналогичен управлению реостатом якоря параллельного двигателя постоянного тока. Но этот метод применим только к электродвигателям с фазным ротором, поскольку добавление внешнего сопротивления в ротор электродвигателей с короткозамкнутым ротором невозможно.

2. Каскадный режим

В этом методе регулирования скорости используются два двигателя. Оба установлены на одном валу, поэтому оба работают с одинаковой скоростью. Один двигатель питается от трехфазного источника питания, а другой двигатель получает питание от наведенной ЭДС в первом двигателе через контактные кольца.Расположение показано на следующем рисунке.
Двигатель A называется основным двигателем, а двигатель B — вспомогательным двигателем.
Пусть, N s1 = частота двигателя A
N s2 = частота двигателя B
P 1 = количество полюсов статора двигателя A
P 2 = количество полюсов статора двигателя B
N = скорость установки, одинаковая для обоих двигателей
f = частота питания

Теперь скольжение двигателя A, S 1 = (N s1 — N) / N s1 .
частота ЭДС, индуцированная ротором в двигателе A, f 1 = S 1 f
Теперь на вспомогательный двигатель B подается ЭДС индукции ротора

, следовательно, N s2 = (120f 1 ) / P 2 = (120S 1 f) / P 2 .

теперь ставим значение S 1 = (N s1 — N) / N s1

На холостом ходу скорость вспомогательного ротора почти такая же, как и его синхронная скорость.
я.е. N = N с2 .
из приведенных выше уравнений можно получить, что
С помощью этого метода можно получить четыре различных скорости
1. когда работает только двигатель A, соответствующая скорость = .Ns1 = 120f / P 1
2. когда работает только двигатель B, соответствующая скорость = Ns2 = 120f / P 2
3. Если выполнено коммутационное каскадирование, скорость набора = N = 120f / (P 1 + P 2 )
4. Если выполняется дифференциальное каскадирование, скорость установки = N = 120f (P 1 — P 2 )

3.Путем подачи ЭДС в цепь ротора

В этом методе скорость асинхронного двигателя регулируется путем подачи напряжения в цепь ротора. Необходимо, чтобы подаваемое напряжение (ЭДС) имело ту же частоту, что и частота скольжения. Однако ограничений по фазе вводимой ЭДС нет. Если мы подаем ЭДС, которая находится в противофазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора будет увеличиваться. Если мы введем ЭДС, которая находится в фазе с ЭДС, индуцированной ротором, сопротивление ротора уменьшится.Таким образом, изменяя фазу инжектируемой ЭДС, можно управлять скоростью. Основным преимуществом этого метода является широкий диапазон регулирования скорости (как выше нормы, так и ниже нормы). ЭДС может быть введена различными методами, такими как система Крамера, система Шербиуса и т. Д.

Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем

Двигатели переменного тока можно разделить на две основные категории — (i) синхронный двигатель и (ii) асинхронный двигатель . Асинхронный двигатель обычно называют асинхронным двигателем.Оба типа сильно отличаются друг от друга. Основные различия между синхронным двигателем и асинхронным двигателем обсуждаются ниже.
Конструктивная разница
  • Синхронный двигатель : Статор имеет осевые пазы, которые состоят из обмотки статора, намотанной на определенное количество полюсов. Обычно используется ротор с явнополюсным ротором, на котором установлена ​​обмотка ротора. Обмотка ротора запитана постоянным током с помощью контактных колец. Также можно использовать ротор с постоянными магнитами.
    Синхронный двигатель
  • Асинхронный двигатель : Обмотка статора аналогична обмотке синхронного двигателя. Он накручивается на определенное количество полюсов. Можно использовать ротор с короткозамкнутым ротором или ротор с обмоткой. В роторе с короткозамкнутым ротором стержни ротора постоянно замкнуты накоротко с концевыми кольцами. В роторе с намоткой обмотки также постоянно закорочены, поэтому контактные кольца не требуются.
    Асинхронный двигатель
Разница в рабочем
  • Синхронный двигатель : Полюса статора вращаются с синхронной скоростью (Нс) при питании от трехфазного источника питания. Ротор питается от источника постоянного тока. Во время пуска ротор необходимо вращать со скоростью, близкой к синхронной. В этом случае полюса ротора магнитно соединяются с вращающимися полюсами статора, и, таким образом, ротор начинает вращаться с синхронной скоростью.
    • Синхронный двигатель всегда работает со скоростью, равной его синхронной скорости.
      т.е. фактическая скорость = синхронная скорость
      или N = Ns = 120f / P
    • Подробнее о работе синхронного двигателя здесь.
  • Асинхронный двигатель : Когда на статор подается двух- или трехфазный источник переменного тока, создается вращающееся магнитное поле (RMF). Относительная скорость между вращающимся магнитным полем статора и ротором вызовет индуцированный ток в проводниках ротора.Ток ротора порождает поток ротора. Согласно закону Ленца, направление этого индуцированного тока таково, что он будет иметь тенденцию противодействовать причине его образования, то есть относительной скорости между RMF статора и ротором. Таким образом, ротор будет пытаться догнать RMF и снизить относительную скорость.
Другие отличия
  • Синхронным двигателям требуется дополнительный источник постоянного тока для питания обмотки ротора. Асинхронные двигатели не требуют дополнительного источника питания.
  • Контактные кольца и щетки необходимы в синхронных двигателях, но не в асинхронных двигателях (за исключением асинхронного двигателя с обмоткой, в котором двигатели с контактным кольцом используются для добавления внешнего сопротивления обмотке ротора).
  • Синхронным двигателям требуется дополнительный пусковой механизм для первоначального вращения ротора, близкого к синхронной скорости. В асинхронных двигателях пусковой механизм не требуется.
  • Коэффициент мощности синхронного двигателя может быть отрегулирован на отстающий, единичный или опережающий, изменяя возбуждение, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с отстающим коэффициентом мощности.
  • Синхронные двигатели обычно более эффективны, чем асинхронные двигатели.
  • Синхронные двигатели дороже.

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 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)

Управление скоростью трехфазного асинхронного двигателя

Трехфазный асинхронный двигатель в основном представляет собой двигатель с постоянной скоростью, поэтому контролировать его скорость довольно сложно.Управление скоростью асинхронного двигателя осуществляется за счет снижения КПД и низкого коэффициента электрической мощности. Прежде чем обсуждать методы управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя , необходимо знать основные формулы скорости и крутящего момента трехфазного асинхронного двигателя, поскольку методы управления скоростью зависят от этих формул.

Синхронная скорость


Где f = частота, а P — количество полюсов

Скорость асинхронного двигателя определяется как,

Где
N — скорость ротора асинхронного двигателя,
N s — синхронная скорость,
S — скольжение.
Крутящий момент, создаваемый трехфазным асинхронным двигателем, равен:

. Когда ротор находится в режиме скольжения в состоянии покоя, s равно единице.
Итак, уравнение крутящего момента:

Где
E 2 — ЭДС ротора
N s — синхронная скорость
R 2 — сопротивление ротора
X 2 — индуктивное сопротивление ротора

Скорость асинхронного двигателя изменяется как со стороны статора, так и со стороны ротора. Управление скоростью трехфазного асинхронного двигателя со стороны статора дополнительно классифицируется как:

  • Управление напряжением / частотой или регулирование частоты.
  • Изменение количества полюсов статора.
  • Управляющее напряжение питания.
  • Добавление реостата в цепь статора.

Регуляторы скорости трехфазного асинхронного двигателя со стороны ротора далее классифицируются как:

  • Добавление внешнего сопротивления со стороны ротора.
  • Каскадный метод управления.
  • Ввод ЭДС частоты скольжения в сторону ротора.

Управление скоростью со стороны статора

    • Управление U / f или управление частотой

      Когда трехфазное питание подается на трехфазный асинхронный двигатель, создается вращающееся магнитное поле, которое вращается с синхронной скоростью, заданной параметром

      In three ЭДС фазного асинхронного двигателя индуцируется индукцией, аналогичной индукции трансформатора, которая задается формулой

      , где K — постоянная обмотки, T — количество витков на фазу, а f — частота.Теперь, если мы изменим частоту, синхронная скорость изменится, но с уменьшением частоты поток будет увеличиваться, и это изменение значения потока вызовет насыщение сердечников ротора и статора, что в дальнейшем приведет к увеличению тока холостого хода двигателя. Таким образом, важно поддерживать постоянный поток φ, и это возможно только при изменении напряжения. то есть, если мы уменьшаем частоту, поток увеличивается, но в то же время, если мы уменьшаем поток напряжения, он также уменьшается, не вызывая изменения потока, и, следовательно, он остается постоянным.Итак, здесь мы сохраняем отношение V / f постоянным. Отсюда его название — V / f-метод. Для управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя методом V / f мы должны подавать переменное напряжение и частоту, которые легко получить с помощью преобразователя и набора инверторов.

    • Управляющее напряжение питания

      Крутящий момент, создаваемый при работе трехфазного асинхронного двигателя, задается с помощью

      В области малого скольжения (sX) 2 очень и очень мал по сравнению с R 2 .Значит, им можно пренебречь. Таким образом, крутящий момент становится

      Поскольку сопротивление ротора R 2 постоянно, уравнение крутящего момента дополнительно уменьшается до

      Мы знаем, что ЭДС ротора индуцированная E 2 ∝ V. Итак, T ∝ sV 2 .
      Из приведенного выше уравнения видно, что при уменьшении напряжения питания момент также будет уменьшаться. Но для обеспечения той же нагрузки крутящий момент должен оставаться неизменным, и это возможно только в том случае, если мы увеличим скольжение, и если скольжение увеличивается, двигатель будет работать с пониженной скоростью.Этот метод управления скоростью используется редко, потому что небольшое изменение скорости требует большого снижения напряжения, и, следовательно, ток, потребляемый двигателем, увеличивается, что вызывает перегрев асинхронного двигателя.

    • Изменение количества полюсов статора:

      Полюса статора можно изменить двумя способами.

    • Метод множественной намотки статора.
    • Метод полюсной амплитудной модуляции (PAM)
    • Метод с несколькими обмотками статора

      В этом методе управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя мы обеспечиваем две отдельные обмотки в статоре.Эти две обмотки статора электрически изолированы друг от друга и намотаны на два разного числа полюсов. При использовании коммутационного устройства питание подается только на одну обмотку, и, следовательно, возможно регулирование скорости. Недостатки этого метода в том, что невозможно плавное регулирование скорости. Этот метод более дорогостоящий и менее эффективный, поскольку требуются две разные обмотки статора. Этот метод управления скоростью может применяться только к двигателям с короткозамкнутым ротором.

    • Метод полюсной амплитудной модуляции (PAM)

      В этом методе управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя исходная синусоидальная волна MMF модулируется другой синусоидальной волной MMF, имеющей другое количество полюсов.

Пусть f 1 (θ) будет исходной миллиметровой волной асинхронного двигателя, скорость которого необходимо контролировать.
f 2 (θ) — волна mmf модуляции.
P 1 — количество полюсов асинхронного двигателя, скорость которого необходимо регулировать.
P 2 — количество полюсов волны модуляции.

После модуляции результирующая волна mmf

Итак, мы получаем результирующую волну mmf

Следовательно, результирующая волна mmf будет иметь два разных числа полюсов

Следовательно, изменяя количество полюсов, мы можем легко изменить скорость трехфазного асинхронного двигателя .

  • Добавление реостата в цепь статора

    В этом методе управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя реостат добавляется в цепь статора из-за падения этого напряжения. В случае трехфазного асинхронного двигателя создаваемый крутящий момент задается T ∝ SV 2 2 . При уменьшении напряжения питания уменьшится и крутящий момент. Но для обеспечения той же нагрузки крутящий момент должен оставаться неизменным, и это возможно только в том случае, если мы увеличим скольжение и если двигатель с увеличением скольжения будет работать на пониженной скорости.

Управление скоростью со стороны ротора

  • Добавление внешнего сопротивления на стороне ротора

    В этом методе управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя внешнее сопротивление добавляется на стороне ротора. Уравнение крутящего момента для трехфазного асинхронного двигателя:

    Трехфазный асинхронный двигатель работает в области с малым скольжением. В области низкого скольжения член (sX) 2 становится очень маленьким по сравнению с R 2 . Значит, им можно пренебречь.а также E 2 постоянно. Таким образом, уравнение крутящего момента после упрощения становится следующим:

    Теперь, если мы увеличиваем сопротивление ротора, крутящий момент R 2 уменьшается, но для обеспечения той же нагрузки крутящий момент должен оставаться постоянным. Таким образом, мы увеличиваем скольжение, что в дальнейшем приведет к снижению скорости вращения ротора. Таким образом, добавляя дополнительное сопротивление в цепь ротора, мы можем уменьшить скорость трехфазного асинхронного двигателя. Основным преимуществом этого метода является то, что с добавлением внешнего сопротивления пусковой момент увеличивается, но этот метод регулирования скорости трехфазного асинхронного двигателя также страдает некоторыми недостатками:

    • Скорость выше нормального значения невозможна.
    • Большое изменение скорости требует большого значения сопротивления, и если такое большое значение сопротивления добавлено в схему, это вызовет большие потери в меди и, следовательно, снижение эффективности.
    • Наличие сопротивления приводит к большим потерям.
    • Этот метод нельзя использовать для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
  • Метод каскадного управления

    В этом методе управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя два трехфазных асинхронных двигателя соединены на общем валу и, следовательно, называются каскадным двигателем.Один двигатель называется основным двигателем, а другой двигатель — вспомогательным. Трехфазное питание подается на статор основного двигателя, в то время как вспомогательный двигатель получает частоту скольжения от контактного кольца основного двигателя.
    Пусть N S1 будет синхронной скоростью главного двигателя.
    N S2 — синхронная скорость вспомогательного двигателя.
    P 1 — количество полюсов главного двигателя.
    P 2 — количество полюсов вспомогательного двигателя.
    F — частота питания.
    F 1 — частота ЭДС ротора главного двигателя.
    N — это скорость установки, она остается одинаковой как для основного, так и для вспомогательного двигателя, поскольку оба двигателя установлены на общем валу.
    S 1 — скольжение главного двигателя.

    Вспомогательный двигатель питается с той же частотой, что и основной двигатель, т.е.

    Теперь введите значение

    Теперь без нагрузки скорость вспомогательного ротора почти такая же, как его синхронная скорость i.e N = N S2

    Теперь измените приведенное выше уравнение и найдите значение N, мы получим

    Этот каскадный набор из двух двигателей теперь будет работать на новой скорости с количеством полюсов (P 1 + P 2 ). В описанном выше методе крутящий момент, создаваемый основным и вспомогательным двигателями, будет действовать в одном направлении, что приведет к количеству полюсов (P 1 + P 2 ). Такой тип каскадирования называется кумулятивным каскадом. Существует еще один тип каскадирования, при котором крутящий момент, создаваемый основным двигателем, противоположен направлению вращения вспомогательного двигателя.Такой тип каскадирования называется дифференциальным каскадированием; в результате скорость соответствует количеству полюсов (P 1 — P 2 ).
    В этом методе управления скоростью трехфазного асинхронного двигателя можно получить четыре различных скорости.

    • Когда работает только основной асинхронный двигатель, скорость соответствует.
    • Когда работает только вспомогательный асинхронный двигатель, скорость соответствует.
    • Когда выполнено кумулятивное каскадирование, полный набор работает со скоростью.
    • Когда выполняется дифференциальное каскадирование, полный набор работает со скоростью.
  • Ввод ЭДС частоты скольжения в сторону ротора

    Когда регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя осуществляется путем добавления сопротивления в цепи ротора, вызываемой некоторой частью мощности, мощность скольжения теряется как потери I 2 R . Поэтому эффективность трехфазного асинхронного двигателя снижается при использовании этого метода регулирования скорости. Эти потери мощности скольжения могут быть восстановлены и возвращены для повышения общей эффективности трехфазного асинхронного двигателя, и эта схема восстановления мощности называется схемой восстановления мощности скольжения, и это достигается путем подключения внешнего источника ЭДС частоты скольжения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *