30Мар

Электродвигатель предназначен для: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Что такое электродвигатель?

Асинхронная машина

машина переменного тока, в которой скорость вращения ротора зависит от частоты приложенного напряжения и от величины нагрузки (противодействующего момента на валу)

Бесконтактная машина

вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без применения коммутирующих или скользящих электрических контактов

Вращающийся электродвигатель

вращающаяся электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую

Двигатель с фазным ротором

двигатель, концы фазных обмоток ротора которого прикреплены к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора

ИСО

международная организация, занимающаяся выпуском стандартов

Исполнительный электродвигатель

Вращающийся электродвигатель для высокодинамического режима работы

Коэффициент полезного действия

отношение полезной (отдаваемой) мощности к затрачиваемой (подводимой)

Международная электротехническая комиссия

международная некоммерческая организация по стандартизации в области электрических, электронных и смежных технологий. Некоторые из стандартов МЭК разрабатываются совместно с Международной организацией по стандартизации (ISO)

Механическая характеристика двигателя 

зависимость между вращающимся моментом и скольжением

Минимальный пусковой момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (синхронного двигателя, синхронного компенсатора)

минимальный вращающий момент, развиваемый асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором (синхронным двигателем, синхронным компенсатором) между нулевой частотой вращения и частотой вращения, соответствующий максимальному моменту при номинальных значениях напряжения и частоты питающей сети

Момент трогания вращающегося электродвигателя

минимальный вращающий момент, который необходимо развить вращающемуся электродвигателю для перехода от состояния покоя к устойчивому вращению

Моментный электродвигатель

вращающийся электродвигатель, предназначенный для создания вращающего момента при ограниченном перемещении, неподвижном состоянии или медленном вращении ротора

Номинальная мощность

мощность, для работы с которой в номинальном режиме машина предназначена заводом-изготовителем

Номинальная частота вращения

частота вращения, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности и частоте тока и номинальных условиях применения

Номинальный входной момент синхронного вращающегося электродвигателя

вращающий момент, который развивает синхронный вращающийся электродвигатель при номинальных напряжении и частоте питающей сети, замкнутой накоротко обмотке возбуждения и при частоте вращения, равной 95% синхронной

Номинальный ток

ток, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении

Номинальными данными электрической машины

данные, характеризующие работу машины в режиме, для которого она предназначена заводом-изготовителем – это мощность, напряжение, ток, частота, КПД, коэффициент мощности, частота вращения и др.

Реактивный синхронный двигатель

синхронный двигатель, вращающий момент которого обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения или постоянных магнитов

Реактивный шаговый электродвигатель

шаговый электродвигатель с неактивным ротором из магнитного материала

Ротор

вращающаяся часть машины

Серводвигатель

серводвигатель используется в составе сервомеханизма для точного управления угловым положением, скоростью и ускорением исполнительного механизма

Скольжение

разность скоростей ротора и вращающегося поля статора

Статор

неподвижная часть машины

Тормозной момент вращающегося электродвигателя

вращающий момент на валу вращающегося электродвигателя, действующий так, чтобы снизить частоту вращения двигателя

Универсальный электродвигатель

вращающийся электродвигатель, который может работать при питании от сети как постоянного, так и однофазного переменного тока

Шаговый электродвигатель

вращающийся электродвигатель с дискретными угловыми перемещениями ротора, осуществляемыми за счет импульсов сигнала управления

Шаговый электродвигатель с постоянными магнитами

шаговый электродвигатель, возбуждаемый постоянными магнитами

Электрический двигатель

электрическая машина, осуществляющая преобразование электрической энергии в механическую

Электродвигатель пульсирующего тока

вращающийся электродвигатель постоянного тока, рассчитанный на питание от выпрямителя при пульсации тока более 10%

Электромашинный преобразователь

вращающаяся электрическая машина, предназначенная для изменения параметров электрической энергии

Электромашинный тормоз

вращающаяся электрическая машина, предназначенная для создания тормозного момента

Электростартер

Вращающийся электродвигатель, предназначенный для пуска двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины

Тяговый электродвигатель — это… Что такое Тяговый электродвигатель?

Тяговый электродвигатель
        Двигатель электрический, предназначенный для приведения в движение транспортных средств (электровозов, электропоездов, тепловозов и теплоходов с электроприводом, трамваев, троллейбусов, электромобилей и т.п.). Т. э. классифицируют по роду тока (Т. э. постоянного и переменного тока), системе передачи вращающего усилия от вала двигателя к движущему механизму (Т. э. с индивидуальным и групповым электроприводом), системе вентиляции (Т. э. с самовентиляцией — при мощности двигателя до 250
квт,
независимой и смешанной вентиляцией; см. Охлаждение электрических машин). Наиболее употребительны в качестве Т. э. постоянного тока электродвигатели (См. Постоянного тока электродвигатель), однофазные коллекторные переменного тока электродвигатели (См. Переменного тока электродвигатель) (см. Коллекторная машина) и трёхфазные асинхронные электродвигатели (См. Асинхронный электродвигатель). Т. э., предназначенные для транспортных средств, работающих во взрывоопасных условиях, выпускаются в закрытом (герметичном) исполнении. Мощность современных Т. э. — от нескольких квт до нескольких Мвт.

        

         Лит.: Подвижной состав электрических железных дорог. Тяговые электромашины и трансформаторы, 3 изд., М., 1968.

         Н. А. Ротанов.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

  • Тяговое усилие
  • Тягодутьевое устройство

Смотреть что такое «Тяговый электродвигатель» в других словарях:

  • ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ — предназначен для приведения в движение транспортных средств (электровозов, трамваев, электромобилей и т. п.). В качестве тягового электродвигателя обычно применяют двигатели постоянного тока и коллекторные двигатели однофазного переменного тока с …   Большой Энциклопедический словарь

  • тяговый электродвигатель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN traction motor …   Справочник технического переводчика

  • Тяговый электродвигатель — Коллекторный ТЭД электровозов ЧС2, ЧС3 Тяговый электродвигатель (ТЭД)  …   Википедия

  • тяговый электродвигатель — предназначен для приведения в движение транспортных средств (электровозов, трамваев, электромобилей и т. п.). В качестве тяговых электродвигателей обычно применяют двигатели постоянного тока и коллекторные двигатели однофазного переменного тока с …   Энциклопедический словарь

  • ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ — электродвигатель для привода колёсных пар подвижного состава на электрич. транспорте. В качестве Т. э. используют преим. двигатели пост. тока. От обычных электродвигателей отличаются конструкцией корпуса, повыш. надёжностью, видом механич.… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • тяговый двигатель — Электродвигатель, предназначенный для привода колесных пар подвижного состава …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • Электродвигатель постоянного тока — Рис. 1 Устройство простейшего коллекторного двигателя постоянного тока с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором Двигатель постоянного тока  электрическая машина, ма …   Википедия

  • тяговый электрический двигатель железнодорожного подвижного состава — 84 тяговый электрический двигатель железнодорожного подвижного состава: Электродвигатель в специальном исполнении, служащий для создания вращающего и тормозного моментов, приводящий с помощью тяговой передачи во вращение колесные пары тягового… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 17513-72: Электропривод колесных машин тяговый. Термины и определения — Терминология ГОСТ 17513 72: Электропривод колесных машин тяговый. Термины и определения оригинал документа: 11. Двигатель генераторная установка теплоэлектрического привода колесной машины Энергетическая установка, состоящая из первичного… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Тяговые электродвигатели — Тяговый электродвигатель (ТЭД) электрический двигатель, предназначенный для приведения в движение транспортных средств[1] (электровозов, электропоездов, тепловозов, трамваев, троллейбусов, электромобилей, электроходов, большегрузных автомобилей с …   Википедия

Ремонт электродвигателей и трансформаторов — Сарпром-оборудование

Контактная информация

(8452) 934-234

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

410005, г. Саратов, ул. им.Е.И. Пугачева, дом 159, ком. 906

Здесь Вы найдете промышленное оборудование, предназначенное для ремонта электродвигателей, трансформаторов и высоковольтных разъединителей — установки капельной пропитки статоров электрических машин, поворота статора электродвигателя, установки выдергивания обмоток статора другое оборудование.

Установка нагрева подшипников в масле УНПМ-902 предназначена для нагрева деталей, подлежащих напрессовке (подшипников, втулок, колец и т.д.), в масляной ванне перед посадкой их на валы роторов электродвигателей и механизмов.

УКПМ-905 установка капельной пропитки статоров электрических машин предназначена для ремонта электродвигателей и предназначена для капельной пропитки и токовой сушки обмоток статоров асинхронных электрических двигателей мощностью до 100 кВт.

УПСЭ-901 установка поворота статора электродвигателя предназначена для механизации работ при укладке обмоток в пазы статора вращающихся электрических машин с габаритами соответствующим габаритам статоров электродвигателей серии 4А и АИР.

УВОС-902 установка выдергивания обмоток статора предназначена для выдергивания (после отжига) предварительно обрезанных с лобовой части секций обмоток из пазов статоров асинхронных электрических двигателей.

УООС-901 установка обрезки обмоток статора предназначена для обрезки лобовой части обмоток статоров асинхронных электрических двигателей.

Установка выпрессовки подшипников УВП-901А предназначена для выпрессовки подшипников с роторов электрических машин, втулок, и других деталей плотно посаженных на вал.

СГ-903 съемник гидравлический предназначен для демонтажа составных частей оборудования, подшипников, муфт, крыльчаток и т.п., посаженных с натягом.

СНС-902 станок намотки секций статоров предназначен для намотки всыпных обмоток статоров асинхронных электрических двигателей мощностью до 100 кВт при их производстве и ремонте.

СКЛ-901 Станок для изготовления пазовых клиньев предназначен для изготовления пластин специального профиля (клиньев) из текстолита и других изоляционных материалов при ремонте (изготовлении) статоров электрических машин.

Установка масленого нагрева УМН-1 предназначена для нагрева деталей (подшипников качения, втулок, колец и тд.) в масляной ванне перед установкой их на валы роторов электродвигателей и механизмов. В установке масленого нагрева применяются нагреватели, обеспечивающие безопасную эксплуатацию, исключающую воспламенение масла при нагреве и его осмоление в процессе работы.

Классификация электродвигателей — О компании — ООО ТД «ЭлектроСпецМаш»

Асинхронные трехфазные общепромышленные электродвигатели

Применяются во всех отраслях промышленности, в электроприводах различных устройств, механизмов и машин, не требующих регулирования частоты вращения (насосы, вентиляторы, компрессоры и т.п.)

Основное исполнение- электродвигатель предназначенный для режима работы S1, от сети переменного тока 50 Гц напряжение 380В (220В, 660В) с привязкой мощностей по ГОСТ 51689-2000. Климатическое исполнение и категория размещения У3, степень защиты IP54.

Крановые электродвигатели типа МТ, 4МТ, АМТ, ДМТ

Предназначены для работы в электроприводах металлургических агрегатов и подъемно-транспортных механизмах всех видов и поставляются на комплектацию башенных, козловых, портальных, мостовых и других кранов.

Основное исполнение — асинхронный трехфазный крановый электродвигатель, предназначенный для режима работы S3, с пританием от сети переменного тока 50Гц напряжением 380В(220В, 660В). Климатическое исполнение и категория размещения У1, степень защиты IP54.

Взрывозащищенные электродвигатели серий АИМ, АИМЛ, ВА, АВ, 3В, ВАО2, 1ВАО

Предназначены для привода механизмов внутренних и наружных установок в газавой, нефтеперерабатывающей, химической и других смежных отраслях промышленности (кроме рудничных производств), где могут образовываться взрывоопасные газо- и паро- воздушные смеси, отнесенные к категориям IIA и IIB и группам воспламеняемости Т1, Т2, Т3, Т4.

Основное исполнение — асинхронный трехфазный взрывозащищенный электродвигатель, предназначен для режима работы S1, с питанием от сети переменного тока 50Гц напряжением 380В (220В, 660В). Исполнение по взрывозащите 1ExdIIBT4, климатическое исполнение и категория размещения У2, степень защиты IP54.

Взрывозащищенные рудничные электродвигатели серий АИУ, ВРП, АВР, ЗАВР

Предназначены для привода механизмов в подземных выработках угольных и сланцевых шахт, а также в помещениях и наружных установках, опасных по метану и угольной пыли.

Основное исполнение — асинхронный трехфазный взрывозащищенный электродвигатель, предназначенный для режима работы S1 (допускают работу в режиме S2, S3, S4), с питанием от сети переменного тока 50Гц напряжением 220В, 380В, 660В, 1140В. Исполнение по взрывозащите РВ 3В (ExdI), климатическое исполнение и категория размещения У2,5, степень защиты IP54.

Исполнение рудничных двигателей по взрывозащите

1. Рудничные электродвигатели по уровню взрывозащиты:

РН — рудничные нормальные электродвигатели (не взрывозащищенные)

РП — рудничные электродвигатели повышенной надежности против взрыва (уровень взрывозащиты 2) — электродвигатели повышенной надежности против взрыва: в них взрывозащита обеспечивается только в нормальном режиме работы.

РВ — рудничные взрывозащищенные электродвигатели (уровень взрывозащиты 1) — взрывобезопасные электродвигатели: взрывозащищенность обеспечивается как при нормальных режимах работы, так и при вероятных повреждениях, зависящих от условий эксплуатации, кроме повреждений средст, обеспечивающих взрывозащищенность

РО — рудничные особо взрывобезопасные электродвигатели (уровень взрывозащиты 0) — особо взрывобезопасные электродвигатели, в которых применены специальные меры и средства защиты от взрыва.

2. Рудничные электродвигатели по виду взрывозащиты:

В — взрывонепроницаемая оболочка

  • 1В — электродвигатели с напряжением до 100В (ток к.з. не более 100А)
  • 2В — электродвигатели с напряжением свыше 100В до 220В (ток к.з. свыше 100А до 600А)
  • 3В — электродвигатели с напряжением свыше 220В до 1140В (ток к.з. свыше 100А)
  • 4В — электродвигатели с напряжением свыше 1140В (ток к.з. свыше 100А)

К— кварцевое заполнение оболочки

М— масляное заполнение оболочки

А— автоматическое отключение напряжение с токоведущих частей

И— искробезопасная цепь

Электродвигатели брызгозащищенного исполнения 4АМН, 5АН, 5АМН, 5АНМ

Применяются во всех отраслях промышленности, в электроприводах различных устройств, механизмов и машин, не требующих регулирования частоты вращения (насосы, вентиляторы, компрессоры и т.п.).

Более активное охлаждение позволяем в этих электродвигателях, по сравнению с обычными общепромышленными, в таком же габарите получать более высокую мощность.

Основное исплнение — асинхронный трехфазный электродвигатель, предназначенный для режима работы S1, от сети переменного тока 50Гц напряжение 380В (220В, 660В). Климатическое исполнение и категория размещения У3, степень защиты IP23.

Электродвигатели с повышенным скольжением АИРС, 5АС, АС, АДМС

Используются для привода механизмов и машин с большим моментом инерции, работающих при пульсирующих нагрузках и частых пусках, а также при групповом приводе одного механизма.

Производятся на базе стандартных общепропромышленных электродвигателей с обмоткой ротора, залитой алюминиевым сплавом повышенного сопротивления.

Основное (базовое) исполнение — асинхронный трехфазный электродвигатель, предназначенный для режима работы S3, с питанием от сети переменного тока 50 Гц напряжением 380В, климатическое исполнение и категория размещения У3, степень защиты IP54, с типовыми техническими характеристиками, соответствующими требованиям стандартов.

Величина критического скольжения для электродвигателей с повышенным скольжением до 132 габарита включительно составляет 40%, для электродвигателей с высотой оси вращения 160 и выше — 25%.

 

 

Электродвигатели высоковольтные 6-10кВ

Асинхронный электродвигатель — это электрический агрегат с вращающимся ротором, скорость которого отлична от скорости вращения магнитного поля статора.
Перед тем как купить асинхронный электродвигатель необходимо обязательно оценить параметры двигателя. Различия агрегатов могут быть как для однофазных, так и трехфазных асинхронных электродвигателей.

Основными характеристиками асинхронных двигателей являются:
Пусковой момент, ток.
Регулировка скорости вращения ротора. Самые распространенные:
   Регулируется напряжение и частота, применением преобразователей.
   Изменяется количество полюсных пар. Добавляется дополнительная обмотка с режимом переключения.
Рабочие характеристики определяются зависимостью частоты вращения, полезного момента на роторе, коэффициента мощности, тока статора, от полезной мощности.
Тормозные режимы:
   Рекуперативные.
   Противовключение.
   Динамические.

Электродвигатели общепромышленные асинхронные 5АИ, АИР
Электродвигатели 5АИ (взаимозаменяемые с такими маркировками как: А, АИР, АИРМ, 4А, 4АМ, 4АМУ, 5А, 5АМ, 5АМУ, АД, АДМ) с короткозамкнутым ротором, предназначены для продолжительного режима работы S1, частотой переменного тока 50 Гц, напряжением от 220/380/660 В, в зависимости от исполнения.
Мощность электродвигателей: от 0,12кВт до 500кВт
Электродвигатели общепромышленные асинхронные АСВО
Электродвигатели асинхронные трехфазные с короткозамкнутым ротором специальные обдуваемые вертикальные двухскоростные АСВО предназначены для безредукторного привода вентиляторов градирен Режим работы продолжительный S1 от сети частотой 50 Гц. Вид климатического исполнения: У1, У5.
Мощность электродвигателей: от 45кВт до 90кВт
Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные ВАСО
Трехфазные, асинхронные двигатели ВАСО с короткозамкнутым ротором, взрывозащищенные, вертикальные, предназначены для приводов воздушного охлаждения. ВАСО имеют левое направление вращения, продолжительный режим работы — S1, материал обмотки статора класса нагревостойкости — F.
Мощность электродвигателей: от 6,5кВт до 90кВт
Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные ВАО2
Электродвигатели ВАО2 предназначены для продолжительной работы — S1, от сети переменного тока частотой 50Гц и напряжения 380/660В. Данный тип двигателей применяется в области горнодобывающей промышленности,бумажно-целлюлозной, добыче и транспортировке газов, нефтяной промышленности, а также в помещениях с высокой взрывоопасностью.
Мощность электродвигателей: от 55кВт до 315кВт
Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные ВАО7
Электродвигатели взрывозащищенные асинхронные обдуваемые ВАО7 предназначены для работы в области горнодобывающей промышленности, насыщенной газами и пылью, а также в взрывоопасных помещениях. Режим работы двигателей — S1 продолжительный. Исполнение по взрывозащите — 1ExdIIBT4, PBExdI; PB4B. Вид климатического исполнения — У2; У5; Т2; Т5.
Мощность электродвигателей: от 200кВт до 1000кВт
Электродвигатели высоковольтные асинхронные ДАЗО
Двигатели ДАЗО предназначены для механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, таких как насосы, вентиляторы, дымососы и др. Соединения двигателя с приводным механизмов, осуществляется по средству упругой муфты. Контроль температуры обмотки сердечника статора, осуществляется шестью медными термопреобразователями, заложенными в пазы статора.
Мощность электродвигателей: от 200кВт до 2000кВт
Электродвигатели высоковольтные асинхронные А4
Высоковольтные электродвигатели серии А4 с короткозамкнутым ротором применяются для приводов, не требующих частотного регулирования скорости вращения, таких как насосы, вентиляторы и т.п. Двигатели А4 предназначены для работы от сети переменного тока частотой 50Гц, напряжением 3000, 6000 и 10000В. Серия А4 изготавливается степенью защиты IP23, климатического исполнения У3.
Мощность электродвигателей: от 200кВт до 1000кВт
Электродвигатели высоковольтные асинхронные 4АЗМ
Электродвигатели широко применяются для приводов быстроходных механизмов: компрессорное оборудование, холодильные машины, сетевые, центробежные насоса и др. Двигатели 4АЗМ устанавливаются в помещениях не содержащих агрессивных паров и газов, которые могут способствовать разрушению конструкционных материалов и изоляции двигателя. Температура окружающей среды для двигателей с разомкнутой системой вентиляции, не должна превышать 40°С.
Мощность электродвигателей: от 315кВт до 8000кВт
Электродвигатели высоковольтные асинхронные АОД
Асинхронные двигатели серии АОД, предназначены для механизмов с тяжелыми условиями запуска, такими как вентиляторы, дымососы и других механизмов с подобными условиями пуска. Двигатели предназначены для работы от сети частотой 50Гц, переменного напряжения 3000В и 6000В. Изготавливаются данные двигатели напряжением 3000 и 6000В в едином габарите, без потери мощности.
Мощность электродвигателей: от 400кВт до 1600кВт
Электродвигатели высоковольтные синхронные СДН/СДН3
Синхронные двигатели предназначены для механизмов, не требующих регулировки скорости вращения. Данные двигатели предназначены для работы в продолжительном режиме — S1 от сети переменного тока частотой 50, 60 Гц. СДН/СДНЗ изготавливаются на напряжение 6000В и 10000В. Двигатели выполняются на подшипниках скольжения с кольцевой и комбинированной смазкой, с одним или двумя валами, на лапах.
Мощность электродвигателей: от 315кВт до 3200кВт
 

Компания «ВП-АЛЬЯНС» поставляет только сертифицированное оборудование с гарантией до 5 лет. При потребности заказчика, выполняется выезд мастера на объект, монтаж, пусконаладочные работы, диагностика и ремонт электротехнического оборудования.

Купить электродвигатель для насоса, вентиляции, градирни или др. механизма Вы можете оставив заявку на нашей почте [email protected] или связавшись с нашими менеджерами по телефону (800) 500-06-98.

Виды электродвигателей:

Двигатели А4 с короткозамкнутым ротором, предназначены для электроприводов в устройствах, механизмах, машинах, где не регулируется частота вращения.
Асинхронные серии ВАСО, взрывозащищенные вертикального исполнения с короткозамкнутым ротором применяются в приводах воздушного охлаждения. Редукторы не предусмотрены, эксплуатируются в средах, способных образовать взрывоопасные смеси.
Асинхронные электродвигатели трехфазные с короткозамкнутым ротором, серии ДАЗО используются в приводах, где не регулируется частота вращения. Работают в сетях переменного тока частотой 50 Гц. Питающее напряжение – 3 000, 6 000, 10 000 В..
Серия ВАО2 относится к асинхронным, взрывозащищенным с короткозамкнутым ротором, применяются в приводах, работающих в условиях повышенной концентрации газа, пыли.Используются для работы в средах, образующих взрывоопасные смеси (газы, пары и пыль с воздухом).
Двигатели взрывозащищенные, обдуваемые ВАО4 пригодны к эксплуатации в опасных условиях. Шахты, опасные по газу и пыли, взрывоопасные зоны помещений, установок.

 

Разработан бесконтактный электродвигатель постоянного тока

Заказчик: 

АО «Елецгидроагрегат»

Разработан, прошел испытания в составе изделия бесконтактный электродвигатель постоянного тока со встроенным цифровым блоком управления в герметичном исполнении ДБ80-Д12.

Указанный электродвигатель предназначен для применения в составе электронасосных агрегатов типа ЭЦН производства АО «Елецгидроагрегат», для комплектования специзделий АО «БАЗ», АО «Витязь», ОАО «Арзамасский машиностроительный завод», ОАО «Мытищинский машиностроителный завод» и др, поставляемых в интересах МО РФ в рамках ГОЗ.

Бесконтактный электродвигатель постоянного тока со встроенной системой управления, состоящий из двух основных узлов – электродвигателя и коммутатора. Конструктивно коммутатор размещен в одном корпусе с электродвигателем. Электродвигатель выполнен в герметичном исполнении со степенью защиты IP67. Реализована возможность многообразных режимов управления (режим «форсаж»).

Электродвигатель предназначен для работы при температуре окружающей среды от -50 ◦С до +50 ◦С, устойчив к вибрациям с ускорением 50 м/с2 в диапазоне частот 20-500 Гц. Ресурс электродвигателя в составе изделия более 4000 часов. Электродвигатель применяется в составе электронасосного агрегата для изделий спецтехники.

Электродвигатель предназначен для замены морально устаревших коллекторных машин

Наименование параметра

Ед. изм.

Электродвигатель бесконтактный

ДБ80-55-5,5-27-Д12

Электродвигатель коллекторный постоянного тока

2ДП65-55-5-27-С01-Р09

Электродвигатель коллекторный постоянного тока

ДП60-55-5-27-С01-Р09

Номинальное напряжение питания

В

27

27

27

Номинальная мощность

Вт

55

55

55

Номинальный момент

Н·м

0,095

0,095

0,095

Номинальная частота вращения,

не менее

об/мин

5000

5000

5000

Потребляемый ток, не более

А

3

4

4

КПД, не менее

%

78,0

51,0

51,0

Герметичная конструкция электродвигателя

Да

Да

Нет

Возможность реализации режима «форсаж» (повышенный номинальный момент и скорость вращения)

Да

Нет

Нет

Ресурс электродвигателя

ч

4000

500

500

Масса

г

1900

1700

1290

устройство, принцип работы, режимы работы, пуск

В качестве устройства преобразования электрической энергии в механическую в промышленности и быту используется синхронный электродвигатель. В сравнении с другими типами электрических машин он получил меньшее распространение, но в отведенных сферах является незаменимым фаворитом. В чем особенность синхронных агрегатов и как их применяют на практике, мы рассмотрим в данной статье.

Устройство

Конструктивно синхронный электродвигатель состоит из неподвижного элемента, подвижной части, обмоток различного назначения, может комплектоваться коллекторным узлом. Далее рассмотрим каждую составляющую синхронного агрегата более детально на рабочем примере (рисунок 1).

Рис. 1. Устройство синхронного электродвигателя
  • Статор или якорь – выполняется из электротехнической стали монолитным или наборным из шихтованного железа. Предназначен для размещения рабочей обмотки, проводит силовые линии электромагнитного поля, формируемого протекающими токами.
  • Обмотка на статоре – изготавливается из медных проводников, в зависимости от типа статора синхронного электродвигателя может выполняться различными методами, способами намотки и расположения проводников. Применяется для подачи напряжения питания и формирования рабочего магнитного потока.  
  • Ротор с обмоткой возбуждения – предназначен для взаимодействия с магнитным полем статора. В результате подачи напряжения на обмотку возбуждения в роторе электродвигателя создается собственное магнитное поле, задающее состояние вращающегося элемента.
  • Вал – используется для передачи вращательного усилия от электродвигателя к подключаемой к нему нагрузке. В большинстве случаев это основание, на котором крепиться шихтовка или полюса ротора, подшипники, кольца, пластины и другие вспомогательные элементы.
  • Контактные кольца – применяются для подачи питания на обмотки ротора, но устанавливаются не во всех моделях синхронных агрегатов. Питание производиться через специальный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
  • Корпус – предназначен для защиты от воздействия внешних факторов, обеспечивает синхронному двигателю достаточную прочность и герметичность, в зависимости от условий его эксплуатации.

Принцип работы

В основе работы синхронного электродвигателя лежит взаимодействие магнитного потока, генерируемого рабочими обмотками с постоянным магнитным потоком. Наиболее распространенной моделью синхронной электрической машины является вариант с рабочей обмоткой на статоре и обмоткой возбуждения на роторе.

Рис. 2. Принцип действия синхронного электродвигателя

Как видите на рисунке 2 выше, в обмотку статора подается трехфазное напряжение из сети, которое формирует переменное магнитное поле. На обмотки ротора электродвигателя подано постоянное напряжение, которое индуцирует такой же постоянный магнитный поток у полюсов. Для наглядности рассмотрим процесс на упрощенной модели синхронного агрегата (рисунок 3).

Рис. 3. Принцип формирования потоков в синхронной электрической машине

При подаче питания на фазные витки статора электродвигателя первый пик амплитуды тока и ЭДС взаимоиндукции приходиться на фазу A, затем B и фазу C.

На графике показана периодичность чередования кривых в зависимости от времени:

  • в точке 1 максимальная ЭДС EA формирует максимальный поток, а электродвижущие силы фаз EB и EC равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу.
  • в точке 2 пика достигает ЭДС EB, а электродвижущие силы фаз EA и EC становятся равны между собой и противоположны по знаку, они дополняют результирующую силу, в результате чего магнитное поле совершает вращательное движение.
  • в точке 3 максимум приходиться на ЭДС EC, а электродвижущие силы фаз EB и EA вместе дополняют результирующую силу и снова смещают вектор поля по часовой стрелке.

Оборот поля статора происходит в течении периода, а за счет того, что ротор обладает собственным электромагнитным усилием постоянным во времени, то он синхронно следует за движением переменного магнитного поля, вращаясь вокруг заданной оси. В результате такого вращения происходит синхронное движение ротора вслед за сменой амплитуды ЭДС в витках рабочих обмоток, за счет этого явления электродвигатель и получил название синхронного. Наличие отдельного питания отразилось и на схематическом обозначении таких электрических машин (рисунок 4) в соответствии с ГОСТ 2.722-68.

Рис. 4. Схематическое обозначение синхронного электродвигателя

Отличие от асинхронного двигателя

Основным отличием синхронного электродвигателя от асинхронного заключается в принципе преобразования электрической энергии в механическое вращение. У синхронного электродвигателя процесс вращения ротора идентичен вращению рабочего электромагнитного поля, вырабатываемого трехфазной сетью. А вот у асинхронного рабочее поле самостоятельно наводит ЭДС в роторе, которая уже затем вырабатывает собственный поток взаимоиндукции и приводит вал во вращение. В результате чего асинхронные электрические машины получают разность во вращении рабочего поля и нагрузки на валу, что выражается физической величиной – скольжением.

В работе классические модели асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:

  • плохо переносят перегрузки;
  • имеют сложности пуска со значительным усилием;
  • меняют скорость вращения, в зависимости от нагруженности рабочего органа.

В некоторой степени эти недостатки преодолевает асинхронный двигатель с фазным ротором, но в полной мере избавиться от недостатков получается лишь синхронному агрегату.

Рис. 5. Отличие асинхронного от синхронного электродвигателя

Разновидности

В современной промышленности и бытовых приборах синхронные электродвигатели используются для решения самых разнообразных задач. Как результат, существенно разнятся и их конструктивные особенности. На практике выделяют несколько критериев, по которым разделяются виды синхронных агрегатов. В соответствии с ГОСТ 16264.2-85 могут подразделяться по таким техническим характеристикам:

  • питающему напряжению;
  • частоте рабочего напряжения;
  • количеству оборотов.

В зависимости от способа получения поля ротора выделяют такие типы синхронных электродвигателей:

  • С обмоткой возбуждения на роторе – синхронизирующее усилие создается за счет подачи питания от преобразователя.
  • С магнитным ротором – на валу устанавливается постоянный магнит, выполняющий те же функции, что и обмотка возбуждении, но без необходимости подпитки (см. рисунок 6).
Рис. 6. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами

С реактивным ротором —  конструкция выполнена таким образом, что в его сердечнике происходит преломление магнитных линий, приводящее всю конструкцию в движение (см. рисунок 7). Под воздействием силового поля поперечные и продольные составляющие в роторе не равны за счет чего пластины поворачиваются вслед за полем.

Рис. 7. Пример реактивного ротора

В зависимости от наличия полюсов все синхронные электродвигатели можно подразделить на:

  • явнополюсные – в конструкции четко видны обособленные полюса с обмотками, применяются для малых скоростей;
  • неявнополюсные – полюс не выделяется, такие модели устанавливают для высоких скоростей;

В зависимости от расположения рабочих обмоток различают прямые (на статоре) и обращенные (рабочие обмотки на роторе).

Режимы работы

Большинство электрических машин обладают обратимой функцией, не составляют исключения и синхронные агрегаты. Их также можно использовать в качестве электрического привода или в качестве генератора, вырабатывающего электроэнергию. Оба режима отличаются способом воздействия на электрическую машину – подачу напряжения на рабочие обмотки или приведение в движение ротора за счет механического усилия.

Генераторный режим

Для производства электроэнергии в сеть используются именно синхронные генераторы. В большинстве случаев для этой цели используются электрические машины с фазными обмотками на статоре, что существенно упрощает процесс съема мощности и дальнейшей передачи ее в сеть. Физически генерация происходит при воздействии электромагнитного поля обмотки возбуждения синхронного генератора с обмотками статора. Силовые линии поочередно пересекают фазные витки и наводят в них ЭДС взаимоиндукции, в результате чего на клеммных выводах возникает напряжение.

Частота получаемого напряжения напрямую зависит от скорости вращения вала и вычисляется по формуле:

f = (n*p)/60 ,

где n – скорость вращения вала, измеряемая в оборотах за минуту,  p – количество пар полюсов.

Синхронный компенсатор

В виду физических особенностей синхронного электродвигателя при холостом ходе аппарата он потребляет из сети реактивную мощность, что позволяет существенно улучшить cosφ системы, практически приближая его к 1.На практике режим синхронного компенсатора используется как для улучшения коэффициента мощности, так и для стабилизации параметров напряжения сети.

Двигательный режим

В синхронной машине двигательный режим осуществляется при подаче рабочего трехфазного напряжения на обмотки якоря. После чего электромагнитное поле якоря начинает толкать магнитное поле ротора, и вал приходит во вращение. Однако на практике двигательный режим осуществляется не так просто, так как мощные агрегаты не могут самостоятельно набрать необходимый ресурс скорости. Поэтому во время запуска используют специальные методы и схемы подключения.

Способы пуска и схемы подключения

Для запуска синхронного электродвигателя требуется дополнительное поле, независимое от воздействия сети. В то же время, на стартовом этапе запуск представляет собой асинхронный процесс, пока агрегат не достигнет синхронной скорости.

Рис. 8. Схема пуска синхронного двигателя

 

При подаче напряжения на якорь возникает ток в его обмотках и генерация ЭДС в железе ротора, который обеспечивает асинхронное движение до того момента, пока не начнется питание обмоток возбуждения.

Еще одним распространенным вариантом пуска является использование дополнительных генераторов, которые могут располагаться на валу или устанавливаться отдельно. Такой метод обеспечивает дополнительное стартовое усилие за счет стороннего крутящего момента.

Рис. 9. Генераторный способ пуска синхронного двигателя

Как видите на рисунке 9, начальное вращение мотора М осуществляется за счет генератора G, который призван вывести устройство на подсинхронную скорость. Затем генератор выводится из рабочей цепи путем размыкания контактов КМ или автоматически при установке рабочих характеристик. Дальнейшее поддержание синхронного режима происходит за счет подачи постоянного напряжения в обмотку возбуждения.

Помимо этого на практике используется схема пуска с полупроводниковыми преобразователями. На рисунке 10 приведен способ тиристорного преобразователя и с установкой вращающихся выпрямителей.

Рис. 10. Тиристорная схема пуска синхронного двигателя

В первом случае запуск синхронного электродвигателя характеризуется нулевым напряжением от преобразователя UD. За счет ЭДС скольжения через стабилитроны VD осуществляется открытие тиристоров VS. В цепь обмотки возбуждения вводится резистор R, предназначенный для предотвращения пробоя изоляции. По мере разгона электродвигателя ЭДС скольжения пропорционально снизится и произойдет запирание стабилитронов VD, цепочка заблокируется, и обмотка возбуждения получит питание постоянным напряжением через UD.

Применение

Область применения синхронных электрических машин охватывает производство электрической энергии на электростанциях. По видам генераторы подразделяются на турбинные, дизельные и гидравлические, в зависимости от способа приведения их во вращение.

Также их используют в качестве электродвигателей, которые могут переносить существенные перегрузки в процессе эксплуатации. Такие двигатели устанавливаются на вентиляторах, компрессорах, силовых агрегатах и прочем оборудовании. Отдельная категория электродвигателей применяется в точном оборудовании, где важна синхронизация операций и процессов.

Преимущества и недостатки

К преимуществам такого электродвигателя следует отнести:

  • высокий cosφ, приближающийся по величине к 1, что в значительной мере превосходит асинхронные электродвигатели;
  • более высокая механическая прочность за счет особенностей конструкции электродвигателя;
  • зависимость момента вращения от напряжения линейная, а не квадратичная, поэтому колебания электродвигателя пропорционально снижаются;
  • на валу электродвигателя присутствует постоянная скорость, не зависящая от прикладываемой нагрузки;
  • может применяться для уменьшения реактивной составляющей в сети.

Среди недостатков синхронных электродвигателей выделяют:

  • сложную конструкцию;
  • более сложный пуск;
  • необходимость использования вспомогательных устройств и блоков;
  • такие электродвигатели сложнее регулировать по числу оборотов;
  • ремонт и обслуживание также обойдется дороже, чем асинхронные электродвигатели.

Видео версия

Библиографический список

  1. Ю.А. Макаричев, В.Н. Овсянников «Синхронные машины» 2010
  2. Абрамович Б.Н., Круглый А.А. «Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей» 1983
  3. Андреева Е.Г., Морозова Н.С. «Синхронные машины» 2015
  4. Глебов И.А. «Проблемы пуска сверхмощных синхронных маши» 1988
  5. Емец В.Ф., Попков А.А., Петров Г.А. «Синхронные электрические машины» 2009
  6. Кислицын А.Л. «Синхронные машины» 2000

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ – Прикладное промышленное электричество

После введения компанией Edison в США системы распределения электроэнергии постоянного тока начался постепенный переход к более экономичной системе переменного тока. Освещение работало как на переменном токе, так и на постоянном. Передача электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями на переменном токе. Однако у двигателей была проблема с переменным током. Первоначально двигатели переменного тока были сконструированы как двигатели постоянного тока, но возникали многочисленные проблемы из-за изменяющихся магнитных полей.

Рисунок 5.1    Схема семейства электродвигателей переменного тока

   

Чарльз П. Стейнмец внес свой вклад в решение этих проблем, исследуя гистерезисные потери в железной арматуре. Никола Тесла представил себе совершенно новый тип двигателя, когда представил вращающуюся турбину, вращаемую не водой или паром, а вращающимся магнитным полем. Его новый тип двигателя, асинхронный двигатель переменного тока, по сей день является рабочей лошадкой в ​​отрасли. Его прочность и простота обеспечивают долгий срок службы, высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы.Тем не менее, небольшие коллекторные двигатели переменного тока, подобные двигателям постоянного тока, сохраняются в небольших бытовых приборах вместе с небольшими асинхронными двигателями Тесла. Мощность выше одной лошадиной силы (750 Вт) безраздельно властвует двигатель Tesla.

Современные твердотельные электронные схемы управляют бесколлекторными двигателями постоянного тока с помощью сигналов переменного тока, генерируемых источником постоянного тока. Бесщеточный двигатель постоянного тока, фактически двигатель переменного тока, заменяет обычный щеточный двигатель постоянного тока во многих приложениях. А шаговый двигатель , цифровая версия двигателя, приводится в действие прямоугольными волнами переменного тока, опять же, генерируемыми полупроводниковой схемой.На рисунке выше показано генеалогическое древо двигателей переменного тока, описанных в этой главе.

Круизные лайнеры и другие крупные суда заменяют карданные валы с редуктором большими генераторами и двигателями мощностью в несколько мегаватт. Так было с дизель-электрическими локомотивами меньшего масштаба в течение многих лет.

 

Рисунок 5.2 Диаграмма уровня системы двигателя

 

На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и протекающего тока, преобразуя ее в механическую работу.К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электрической энергии теряется в виде тепла, другого вида энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя. Тепло является нежелательным побочным продуктом этого преобразования. Он должен быть удален с двигателя и может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одной из целей является максимальное повышение КПД двигателя за счет снижения тепловых потерь. У двигателей переменного тока также есть некоторые потери, отсутствующие у двигателей постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.

Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными.Асинхронные двигатели предпочтительнее из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей являются асинхронными.

Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году имел модель мощностью в половину лошадиной силы (400 Вт). Тесла продал права на производство Джорджу Вестингаузу за 65 000 долларов. Самые большие (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленные двигатели являются многофазными асинхронными двигателями . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько отдельных обмоток на полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими сдвинутыми во времени синусоидами.На практике это две-три фазы. Большие промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными. Под асинхронным двигателем мы подразумеваем, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, подобно трансформатору, в отличие от щеточного коллекторного двигателя постоянного тока.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора с обмотками, подключенными к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже.Простой двухфазный асинхронный двигатель, показанный ниже, аналогичен двигателю мощностью 1/2 лошадиной силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.

Рисунок 5.3 Многофазный асинхронный двигатель Тесла

Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующих фазам доступной электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя имеет 2 пары катушек, по одной паре для каждой из двух фаз переменного тока. Отдельные катушки пары соединены последовательно и соответствуют противоположным полюсам электромагнита.То есть одна катушка соответствует N-полюсу, другая — S-полюсу до тех пор, пока фаза переменного тока не изменит полярность. Другая пара катушек ориентирована в пространстве под углом 90° к первой паре. Эта пара катушек подключена к переменному току, сдвинутому во времени на 90° в случае двухфазного двигателя. Во времена Теслы источником двух фаз переменного тока был двухфазный генератор переменного тока. Статор на рисунке выше имеет выступающих , явно выступающих полюсов, которые использовались в раннем асинхронном двигателе Теслы. Эта конструкция по сей день используется для двигателей малой мощности (<50 Вт).Однако для более крупных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД получаются, если катушки встроены в пазы, вырезанные в листах статора (рисунок ниже).

 

Рисунок 5.4 Рама статора с прорезями для обмоток

 

Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, выбитыми из листов электротехнической стали. Их стопка закреплена концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые корпуса.

 

Рисунок 5.5     Статор с (a) 2-φ и (b) 3-φ обмотками

   

На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазах статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Реальные обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Теслы 2-φ с явно выраженными полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях полюсная обмотка разделена на одинаковые катушки, вставленные во множество меньших пазов, чем указано выше. Эта группа называется фазовым ремнем (см. рисунок ниже).Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля поперек полюса. Это показано в разделе синхронного двигателя. Прорези на краю стержня могут иметь меньше витков, чем другие прорези. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.

 

Рисунок 5.6 Перекрытие фазовых поясов

 

Ключом к популярности асинхронного двигателя переменного тока является его простота, о чем свидетельствует простой ротор (рисунок ниже).Ротор состоит из вала, многослойного стального ротора и встроенной медной или алюминиевой короткозамкнутой клетки , показанной на (b), снятой с ротора. По сравнению с якорем двигателя постоянного тока коллектор отсутствует. Это устраняет щетки, искрение, искрообразование, графитовую пыль, регулировку и замену щеток, а также повторную обработку коллектора.

 

Рисунок 5.7 Многослойный ротор с (а) встроенной короткозамкнутой клеткой, (б) токопроводящей клеткой, снятой с ротора

 

Проводники с короткозамкнутым ротором могут быть перекошены, перекручены по отношению к валу.Несоосность с пазами статора снижает пульсации крутящего момента. Сердечники ротора и статора состоят из пакета изолированных пластин. Пластины покрыты изолирующим оксидом или лаком для минимизации потерь на вихревые токи. Сплав, используемый в пластинах, выбран из-за низких гистерезисных потерь.

Теория работы асинхронных двигателей

Краткое объяснение работы заключается в том, что статор создает вращающееся магнитное поле, которое притягивает ротор. Теория работы асинхронных двигателей основана на вращающемся магнитном поле.Одним из способов создания вращающегося магнитного поля является вращение постоянного магнита. Если движущиеся магнитные линии потока разрезают проводящий диск, он будет следовать за движением магнита. Линии потока, пересекающие проводник, будут индуцировать напряжение и, как следствие, протекание тока в проводящем диске. Этот поток тока создает электромагнит, полярность которого противоположна движению постоянного магнита — Закон Ленца . Полярность электромагнита такова, что он притягивает постоянный магнит.Диск следует с немного меньшей скоростью, чем постоянный магнит.

Рисунок 5.8 Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству линий потока, пересекающих диск, и скорости, с которой он режет диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни протекания индуцированного тока, ни поля электромагнита, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет отставать от скорости вращения постоянного магнита, так что линии потока, пересекающие диск, индуцируют ток, создают электромагнитное поле в диске, которое следует за постоянным магнитом. Если к диску приложена нагрузка, замедляющая его, будет развиваться больший крутящий момент, поскольку больше линий потока пересекает диск. Крутящий момент пропорционален проскальзыванию , степени, в которой диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, развивая больший крутящий момент.Аналоговый автомобильный вихретоковый спидометр основан на принципе, показанном выше. Когда диск удерживается пружиной, отклонение диска и иглы пропорционально скорости вращения магнита. Вращающееся магнитное поле создается двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, приводимыми в движение токами, сдвинутыми по фазе на 90°. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с паттернами Лиссажу на осциллографе.

 

Рисунок 5.9 Синусоидальные волны, не соответствующие фазе (90°), создают круговую диаграмму Лиссажу

 

Несовпадающие по фазе (90°) синусоидальные волны создают круговую диаграмму Лиссажу На приведенном выше рисунке круговая кривая Лиссажу создается путем возбуждения горизонтальных и вертикальных входных сигналов осциллографа с синусоидальными волнами, сдвинутыми по фазе на 90°.Начиная с (а) с максимальным «X» и минимальным «Y» отклонением, трасса движется вверх и влево к (b). Между (a) и (b) два сигнала равны 0,707 Впик при 45°. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус окружности между (а) и (б). След движется к (б) с минимальным отклонением «X» и максимальным отклонением «Y». При максимальном отрицательном «X» и минимальном отклонении «Y» трасса перемещается в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он перемещается в (d) и обратно в (a), завершая один цикл.

 

Рисунок 5.10 Окружность синуса по оси X и косинуса по оси Y

 

На рисунке показаны две синусоидальные волны со сдвигом по фазе на 90°, воздействующие на отклоняющие пластины осциллографа, расположенные под прямым углом в пространстве. Комбинация синусоиды с фазой 90° и отклонения под прямым углом приводит к двумерному рисунку – кругу. Этот круг описывается электронным лучом, вращающимся против часовой стрелки.

Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя

Скорость вращения вращающегося магнитного поля статора связана с количеством пар полюсов на фазу статора.На приведенном ниже рисунке «полная скорость» всего шесть полюсов или три пары полюсов и три фазы. Однако на каждую фазу приходится только одна пара полюсов. Магнитное поле будет вращаться один раз за цикл синусоидальной волны. В случае мощности 60 Гц поле вращается со скоростью 60 раз в секунду или 3600 оборотов в минуту (об/мин). При мощности 50 Гц он вращается со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 об/мин. 3600 и 3000 об/мин — это синхронная скорость  двигателя. Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это, безусловно, верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость уменьшится вдвое, потому что магнитное поле поворачивается на 180° в пространстве на 360° электрической синусоиды.

 

Рис. 5.11 Удвоение полюсов статора вдвое снижает синхронную скорость

 

Синхронная скорость определяется как:

[латекс]N_s = \frac{120 \cdot f}{P}[/latex]

 

Где:

N s = Скорость магнитного поля (об/мин)

f = частота подаваемой мощности (Гц)

P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2

Приведенный выше рисунок «половина скорости» имеет четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц: S = 120·50/4 = 1500 об/мин

Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, тащит за собой ротор. Более длинное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, который представляет собой трансформатор. вторичный. Этот индуцированный ток ротора, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитное поле вращающегося статора взаимодействует с этим полем ротора.Поле ротора пытается выровняться с вращающимся полем статора. Результатом является вращение короткозамкнутого ротора. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, аэродинамических или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако проскальзывание между ротором и полем статора с синхронной скоростью создает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет проскальзывать пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор вращался с синхронной скоростью, не было бы ни потока статора, разрезающего ротор, ни тока, индуцируемого в роторе, ни крутящего момента.

Крутящий момент в асинхронных двигателях

Когда на двигатель впервые подается питание, ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N с . Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N s . Ток, наведенный в короткозамкнутых витках ротора, максимален, как и частота тока, частота сети.По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой поток статора пересекает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N с и фактической скоростью вращения ротора N, или (N с  – N). Отношение фактического потока, обрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :

.

 

[латекс]s = \frac{(N_s — N)}{N_s}[/латекс]

Где:

N с = синхронная скорость

Н = скорость ротора

 

Частота тока, индуцированного в проводниках ротора, равна частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется как:

[латекс]f_r = s \cdot f[/латекс]

Где:

с = скольжение,

f = частота питающей сети статора

 

Проскальзывание при 100% крутящем моменте обычно составляет 5% или менее в асинхронных двигателях. Таким образом, для частоты сети f = 50 Гц частота наведенного тока в роторе:

f r = S(f )
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.

Почему так мало? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость ротора меньше на 5%. Вращающееся магнитное поле режет ротор только на частоте 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью вращения ротора. Если ротор будет вращаться немного быстрее, на синхронной скорости, никакой поток вообще не перережет ротор, f r  = 0,

 

Рисунок 5.12. Крутящий момент и скорость в зависимости от % скольжения.

 

На приведенном выше графике показано, что пусковой момент, известный как момент блокировки ротора (T LR ), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T FL ), безопасного постоянного крутящего момента.Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175% от T FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как ток блокировки ротора (I LR ), составляет 500% от тока полной нагрузки (I FL ), безопасного рабочего тока. Ток высокий, потому что это аналогично закороченной вторичной обмотке трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как подтягивающий момент . Это самое низкое значение крутящего момента, с которым когда-либо сталкивался пусковой двигатель.Когда ротор набирает 80 % синхронной скорости, крутящий момент увеличивается со 175 % до 300 % крутящего момента при полной нагрузке. Этот разрывной крутящий момент (T BD ) возникает из-за большего, чем обычно, 20-процентного проскальзывания. Ток уменьшился лишь незначительно в этой точке, но будет быстро уменьшаться после этой точки. Когда ротор разгоняется до нескольких процентов от синхронной скорости, крутящий момент и ток существенно уменьшаются. Проскальзывание будет составлять всего несколько процентов при нормальной работе. Для работающего двигателя любая часть кривой крутящего момента ниже 100 % номинального крутящего момента является нормальной.Нагрузка двигателя определяет рабочую точку на кривой крутящего момента. В то время как крутящий момент и ток двигателя могут превышать 100 % в течение нескольких секунд во время пуска, непрерывная работа при превышении 100 % может привести к повреждению двигателя. Любая нагрузка по крутящему моменту двигателя выше предельного крутящего момента приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю для состояния нагрузки «отсутствие механического крутящего момента». Это состояние аналогично открытому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, демонстрирующих значительные отклонения от приведенной выше кривой крутящего момента.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T LR ) для двигателей различных конструкций и размеров находится в диапазоне от 60% до 350% крутящего момента при полной нагрузке (T FL ). Пусковой ток или ток блокировки ротора (I LR ) может составлять от 500% до 1400% тока полной нагрузки (I FL ). Это потребление тока может представлять проблему для запуска больших асинхронных двигателей.

Классы двигателей NEMA и IEC

Различные стандартные классы (или конструкции) для двигателей, соответствующие кривым крутящего момента (рисунок ниже), были разработаны для лучшего управления нагрузками различных типов.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила классы двигателей A, B, C и D для соответствия этим требованиям привода. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (МЭК) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.

Рисунок 5.13 Характеристики конструкций NEMA

 

Характеристики конструкций NEMA

Все двигатели, кроме класса D, работают с проскальзыванием 5% или менее при полной нагрузке.

  • Класс B (IEC Класс N)  двигатели по умолчанию используются в большинстве приложений.При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% FLT он может запускать большинство нагрузок без чрезмерного пускового тока (LRT). КПД и коэффициент мощности высокие. Обычно он приводит в действие насосы, вентиляторы и станки.
  • Класс A Пусковой крутящий момент такой же, как у класса B. Отпускной крутящий момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
  • Класс C (IEC Класс H)  имеет более высокий пусковой крутящий момент, чем классы A и B, при LRT = 200 % от FLT.Этот двигатель применяется для нагрузок с жестким пуском, которые должны приводиться в движение с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
  • Двигатели класса D имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Большое скольжение приводит к снижению скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с высокой переменной скоростью, такими как те, для которых требуется маховик с накоплением энергии. Области применения включают штамповочные прессы, ножницы и элеваторы.
  • Электродвигатели класса E представляют собой более эффективную версию класса B.
  • Двигатели класса F  имеют гораздо более низкие LRC, LRT и пусковой момент, чем класс B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности по отношению к линии электропередачи. Коэффициент мощности в больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателях может достигать 90 % для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности для небольших тихоходных двигателей может составлять всего 50 %. При пуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, повышаясь по мере того, как ротор достигает скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротор) к первичной обмотке (статор). Таким образом, линия электропередач испытывает реактивную нагрузку всего 10% PF. Когда ротор нагружается, увеличивающаяся резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.

 

Рисунок 5.14 Коэффициент мощности и КПД асинхронного двигателя

КПД асинхронных двигателей

Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера и почти все однофазные двигатели. КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. КПД слабонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкий, поскольку большая часть тока приходится на поддержание намагничивающего потока. По мере увеличения нагрузки по крутящему моменту для создания крутящего момента потребляется больше тока, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается постоянным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при 50% FLT и еще на несколько процентов при 25% FLT. Эффективность становится плохой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Асинхронные двигатели обычно имеют увеличенный размер, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может запускаться и приводиться в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружается при крутящем моменте менее 75 % от номинального, когда КПД достигает пика, эффективность снижается лишь незначительно до 25 % FLT.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА в конце 1970-х годов предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей. Он основан на предположении, что асинхронный двигатель с неполной нагрузкой менее эффективен и имеет более низкий коэффициент мощности, чем двигатель с полной нагрузкой. Таким образом, в двигателях с частичной нагрузкой, в частности, в двигателях 1-φ, необходимо экономить энергию. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно постоянна по отношению к изменениям нагрузки.В то время как в полностью нагруженном двигателе нечего экономить, напряжение на частично нагруженном двигателе может быть уменьшено, чтобы уменьшить энергию, необходимую для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и КПД. Это была хорошая концепция для общеизвестно неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокой эффективности (90%+) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95 % по-прежнему имеет КПД 94 % при 50 % крутящего момента при полной нагрузке (FLT) и КПД 90 % при 25 % FLT.Потенциальная экономия энергии при переходе от 100 % FLT к 25 % FLT представляет собой разницу в эффективности 95 % – 90 % = 5 %. Это не 5% мощности при полной нагрузке, а 5% мощности при пониженной нагрузке. Корректор коэффициента мощности Nola может быть применим к 3-фазному двигателю, который большую часть времени работает на холостом ходу (ниже 25% FLT), например, к штамповочному прессу. Срок окупаемости дорогого электронного контроллера оценивается как непривлекательный для большинства приложений. Тем не менее, это может быть экономично в составе электронного пускателя двигателя или регулятора скорости.Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если это привод

.

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока

Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если он приводится в действие крутящим моментом, превышающим 100 % синхронной скорости (рисунок ниже). Это соответствует нескольким процентам «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор движется на 1% быстрее, чем магнитное поле статора. Обычно он отстает на 1% в двигателе.Поскольку ротор пересекает магнитное поле статора в противоположном направлении (вперед), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.

 

Рисунок 5.15    Отрицательный крутящий момент превращает асинхронный двигатель в генератор

 

Такой индукционный генератор должен возбуждаться от «живого» источника мощностью 50 или 60 Гц. Энергия не может быть произведена в случае сбоя питания энергетической компании. Этот тип генератора переменного тока не подходит в качестве резервного источника питания.В качестве генератора ветряной турбины вспомогательной мощности он имеет то преимущество, что не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это отказоустойчиво.

Небольшие удаленные (от электросети) установки можно сделать самовозбуждающимися путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если нагрузка удалена, остаточный магнетизм может генерировать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор разгоняется до полной скорости, ток увеличивается, чтобы обеспечить ток намагничивания статора.В этот момент можно приложить нагрузку. Регулировка напряжения плохая. Асинхронный двигатель можно преобразовать в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.

Процедура запуска заключается в разгоне ветряной турбины до скорости в моторном режиме путем подачи на статор нормального сетевого напряжения. Любая скорость турбины, вызванная ветром, превышающая синхронную скорость, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность обратно в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель имеет отстающий коэффициент мощности от линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока имеет опережающий коэффициент мощности. Асинхронные генераторы не нашли широкого применения в обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины постоянна и регулируется в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.

Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и она зависит от порывов ветра. Индукционный генератор лучше справляется с этими изменениями из-за присущего ему проскальзывания.Это нагружает зубчатую передачу и механические компоненты меньше, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, асинхронный генератор с прямым подключением к сети считается ветровой турбиной с фиксированной скоростью (см. «Асинхронный генератор с двойным питанием» для истинного генератора переменного тока с переменной скоростью). Несколько генераторов или несколько обмоток на общем валу можно переключать, чтобы обеспечить высокую и низкую скорость, чтобы приспособиться к переменным ветровым условиям.

 

Асинхронные двигатели с несколькими полями

Асинхронные двигатели могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям 1800 и 900 об/мин.Активация того или иного поля менее сложна, чем перемонтаж катушек статора.

 

Рисунок 5.16 Несколько полей позволяют изменить скорость

 

Если поле сегментировано с выведенными выводами, его можно перемонтировать (или переключить) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5° можно переключать на сегменты 45°. Для ясности выше показано подключение только одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеупомянутого двигателя частотой 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 об/мин до 3600 об/мин.

 

В:  Если двигатель работает на частоте 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?

А:

[латекс]N_s = \frac{120f}{P}[/latex]  [латекс]N_s = \frac{120*50 Гц}{4}[/latex]  [латекс] = 1500 об/мин (4-полюсный)[ /латекс]

[латекс]N_s = \frac{120f}{P}[/латекс]  [латекс]N_s = \frac{120*50 Гц}{2}[/латекс][латекс]= 3000 об/мин (2-полюсный)[ /латекс]

 

Асинхронные двигатели с регулируемым напряжением

Скорость небольших асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких приложений, как привод вентиляторов, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения.Это уменьшает крутящий момент, доступный для нагрузки, что снижает скорость (см. рисунок ниже).

Рисунок 5.17 Переменное напряжение управляет скоростью асинхронного двигателя

Электронное управление скоростью в асинхронных двигателях

Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя частоту сети 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также уменьшает реактивное сопротивление X L  , что увеличивает ток статора.Это может привести к насыщению магнитной цепи статора с катастрофическими последствиями. На практике напряжение на двигателе необходимо уменьшать при снижении частоты.

 

Рисунок 5.18 Электронный преобразователь частоты

 

И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако напряжение необходимо увеличить, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на нормальном уровне и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с выходами широтно-импульсной модуляции.Это обрезанная форма волны, которая либо включена, либо выключена, имеет высокий или низкий уровень, процент времени «включения» соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.

После применения электроники для управления асинхронным двигателем становится доступным множество методов управления, от простых до сложных:

  • Скалярное управление:  Описанный выше недорогой метод управления только напряжением и частотой без обратной связи.
  • Векторное управление:  Также известно как векторное фазовое управление.Компоненты тока статора, создающие поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в режиме реального времени, чтобы улучшить кривую скорости вращения двигателя. Это требует интенсивных вычислений.
  • Прямое управление крутящим моментом:  Продуманная адаптивная модель двигателя обеспечивает более прямое управление потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменение нагрузки.

 

  • Многофазный асинхронный двигатель состоит из многофазной обмотки, встроенной в многослойный статор, и проводящей короткозамкнутой клетки, встроенной в многослойный ротор.
  • Трехфазные токи, протекающие внутри статора, создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток и, как следствие, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
  • В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели запускаются автоматически.
  • Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию электропередачи, обеспечивая при этом больший пусковой момент, чем требуется во время работы.Редукторы линейного тока пускатели требуются только для больших двигателей.
  • Трехфазные двигатели будут работать на одной фазе, если они запущены.
  • Статический преобразователь фаз  – это трехфазный двигатель, работающий от одной фазы без нагрузки на валу и генерирующий трехфазный выходной сигнал.
  • Несколько обмоток возбуждения  можно перемонтировать для нескольких дискретных скоростей двигателя путем изменения количества полюсов.

 

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запустится самостоятельно. Его можно запускать вручную в любом направлении, набирая скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

Рисунок 5.19  3-φ двигатель работает от 1-φ мощности, но не запускается

Одна катушка однофазного двигателя

Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной интенсивности при 0° и 180° электрического поля.

Рисунок 5.20 Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

 

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающиеся в противоположных направлениях, дважды совпадающие за оборот при 0° (рис. выше-а) и 180° (рис. д). Когда вектора поворачиваются на 90° и -90°, они компенсируются на рисунке c. При углах 45° и -45° (рисунок b) они частично складываются по оси +x и компенсируются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d.Сумма этих двух векторов представляет собой вектор, стационарный в пространстве, но меняющий полярность во времени. Таким образом, пусковой момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью, немного меньшей синхронной скорости, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении по отношению к вектору прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет иметь проскальзывание 200–10 % относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. кривую крутящего момента в зависимости от скольжения), кроме двухчастотной пульсации, возникает из-за вращения вектора в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запустить в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, когда он приближается к скорости обратного вращения вектора.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичный для многофазных асинхронных двигателей.

Электродвигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы однофазного двигателя является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными на 90 90 230 ° 90 231 , питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 90 230 ° 90 231 . Это называется двигателем с постоянно разделенным конденсатором.

Рисунок 5.21 Асинхронный двигатель с постоянным конденсатором

Асинхронный двигатель с постоянным конденсатором

В двигателе этого типа наблюдается повышенная величина тока и сдвиг времени назад по мере того, как двигатель достигает скорости, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (сопротивление) был небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем для двигателя с расщепленными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте этой главы.

Рисунок 5.22. Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры используют менее сложные для создания сосредоточенных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

На приведенном ниже рисунке для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку можно использовать конденсатор большей емкости, если он отключается центробежным выключателем, как только двигатель набирает скорость. Более того, вспомогательная обмотка может состоять из гораздо большего количества витков более толстого провода, чем используется в резистивном двигателе с расщепленной фазой, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.В результате для тяжелых нагрузок, таких как компрессоры кондиционера, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в размерах с несколькими лошадиными силами (несколько киловатт).

Рисунок 5.23 Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

 

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для обеспечения высокого пускового момента, но с сохранением конденсатора меньшей емкости после пуска для улучшения рабочих характеристик без чрезмерного потребления тока.Дополнительная сложность двигателя с конденсаторным приводом оправдана для двигателей большего размера.

Рисунок 5.24 Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

 

Пусковой конденсатор двигателя может быть двуханодным неполярным электролитическим конденсатором, который может представлять собой два последовательно соединенных полярных электролитических конденсатора + к + (или – к –). Такие электролитические конденсаторы, рассчитанные на переменный ток, имеют настолько высокие потери, что их можно использовать только в повторно-кратковременном режиме (1 секунда включена, 60 секунд выключена), например при запуске двигателя. Конденсатор для работы двигателя должен быть не электролитического, а полимерного типа с меньшими потерями.

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой сопротивления

Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, провод меньшего диаметра расположен под углом 90 90 230 ° 90 231 к основной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка. Можно получить около 30 90 230 ° 90 231 разности фаз. Эта катушка создает умеренный пусковой момент, который отключается центробежным выключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая схема (без конденсатора) хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), приводящих в движение легко запускаемые нагрузки.

Рисунок 5.25 Асинхронный двигатель с расщепленной фазой сопротивления

 

Этот двигатель имеет больший пусковой момент, чем двигатель с расщепленными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, собранный из тех же деталей. Плотность тока во вспомогательной обмотке во время пуска настолько высока, что последующее быстрое повышение температуры исключает частые повторные пуски или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА в середине 1970-х годов предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при меньшей нагрузке, чем полная. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы из-за тока намагничивания, необходимого статору. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя по мере уменьшения нагрузки двигателя.При малой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив приложенное напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью нагруженного двигателя нет экономии, поскольку требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть снижено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе от напряжения выше 104 В переменного тока, например, холодильник на 117 В переменного тока. Для регулятора коэффициента мощности безопасно снизить напряжение сети до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное линейное напряжение, тем больше возможная экономия. Конечно, если энергетическая компания поставляет напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой однофазный асинхронный двигатель, практически не работающий, с 25% FLC или менее, является кандидатом на PFC. Тем не менее, он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в лесопильном станке, пробивном прессе или конвейере, тем больше вероятность того, что контроллер окупится за несколько лет эксплуатации. Платить за него должно быть втрое легче, чем за более эффективный 3-φ-двигатель. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Краткое описание: Однофазные асинхронные двигатели

  • Однофазные асинхронные двигатели не запускаются самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 90 230 ° 90 231 . После запуска вспомогательная обмотка не является обязательной.
  • Вспомогательная обмотка двигателя с постоянным разъемом  конденсаторного двигателя  имеет последовательно включенный конденсатор во время пуска и работы.
  • Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском имеет только конденсатор, включенный последовательно с вспомогательной обмоткой во время пуска.
  • Двигатель с конденсатором обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно с вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
  • Вспомогательная обмотка резистивного двигателя с расщепленной фазой создает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска из-за разности сопротивлений.

Двигатели переменного тока | Конструкция машин


Синхронные и синхронные двигатели представляют собой две основные категории двигателей переменного тока.Асинхронный двигатель является распространенной формой асинхронного двигателя и в основном представляет собой трансформатор переменного тока с вращающейся вторичной обмоткой. Первичная обмотка (статор) подключена к источнику питания, а короткозамкнутая вторичная обмотка (ротор) несет индуцированный вторичный ток. Крутящий момент создается действием роторных (вторичных) токов на поток в воздушном зазоре. Синхронный двигатель сильно отличается по конструкции и эксплуатационным характеристикам и считается отдельным классом двигателей.

Асинхронные двигатели: Асинхронные двигатели являются самыми простыми и надежными электродвигателями и состоят из двух основных электрических узлов: обмотки статора и узла ротора.Асинхронный двигатель получил свое название от токов, протекающих во вторичном элементе (роторе), которые индуцируются переменными токами, протекающими в первичном элементе (статоре). Комбинированные электромагнитные эффекты токов статора и ротора создают силу, создающую вращение.

Роторы обычно состоят из многослойного цилиндрического железного сердечника с прорезями для проводников. Наиболее распространенный тип ротора имеет литые алюминиевые проводники и короткозамыкающие концевые кольца. Эта «беличья клетка» вращается, когда движущееся магнитное поле индуцирует ток в закороченных проводниках.Скорость вращения магнитного поля является синхронной скоростью двигателя и определяется числом полюсов в статоре и частотой источника питания: где n s = синхронная скорость,     f = частота и     p = количество полюсов.

Синхронная скорость — это абсолютный верхний предел скорости двигателя. Если ротор вращается точно так же быстро, как вращающееся магнитное поле, то никакие силовые линии не пересекаются проводниками ротора, и крутящий момент равен нулю.При работе ротор всегда вращается медленнее, чем магнитное поле. Скорость ротора достаточно мала, чтобы обеспечить протекание надлежащего количества тока ротора, так что результирующий крутящий момент достаточен для преодоления потерь на сопротивление ветру и трения и для управления нагрузкой. Разность скоростей между ротором и магнитным полем, называемая скольжением, обычно выражается в процентах от синхронной скорости: с = 100 ( n с n a )/ n с , где с = скольжение, n с = синхронная скорость и n a = фактическая скорость.

Многофазные двигатели: Многофазные двигатели с короткозамкнутым ротором в основном представляют собой машины с постоянной скоростью, но некоторая степень гибкости рабочих характеристик достигается за счет изменения конструкции пазов ротора. Эти изменения вызывают изменения крутящего момента, тока и скорости при полной нагрузке. Эволюция и стандартизация привели к четырем основным типам двигателей.

Исполнения A и B: Двигатели общего назначения с нормальными пусковыми моментами и токами и малым скольжением.Многофазные двигатели с дробной мощностью, как правило, имеют конструкцию B. Из-за падающих характеристик конструкции B многофазный двигатель, который создает такой же пробивной (максимальный) крутящий момент, как и однофазный двигатель, не может достичь той же точки скорости-момента для скорости с полной нагрузкой. как однофазный двигатель. Следовательно, опрокидывающий момент должен быть выше (минимум 140 % от опрокидывающего момента однофазного двигателя общего назначения), чтобы скорости при полной нагрузке были сопоставимы.

Исполнение C: Высокий пусковой момент при нормальном пусковом токе и низком скольжении.Эта конструкция обычно используется там, где пусковые нагрузки высоки при пуске, но которые обычно работают при номинальной полной нагрузке и не требуют высоких перегрузок после достижения рабочей скорости.

Исполнение D: Высокое скольжение, очень высокий пусковой момент, низкий пусковой ток и низкая скорость при полной нагрузке. Из-за высокого проскальзывания скорость может падать при воздействии меняющихся нагрузок. Эта конструкция подразделяется на несколько групп, которые различаются по проскальзыванию или форме кривой скорость-момент.

Исполнение F: Низкий пусковой момент, малый пусковой ток и малое скольжение. Эта конструкция предназначена для получения низкого тока при заторможенном роторе. И заблокированный ротор, и пробивной крутящий момент низки. Обычно используется при низком пусковом крутящем моменте и отсутствии высоких перегрузок после достижения рабочей скорости.

Двигатели с фазным ротором: Двигатели с короткозамкнутым ротором относительно негибкие в отношении характеристик скорости и крутящего момента, но специальная версия с фазным ротором имеет регулируемую скорость и крутящий момент.Применение двигателей с фазным ротором заметно отличается от двигателей с короткозамкнутым ротором из-за доступности цепи ротора. Рабочие характеристики получаются путем введения различных значений сопротивления в цепь ротора.

Двигатели с фазным ротором обычно запускаются с помощью вторичного сопротивления в цепи ротора. Сопротивление последовательно уменьшается, чтобы позволить двигателю набрать скорость. Таким образом, двигатель может развивать значительный крутящий момент при ограничении тока заторможенного ротора.Это вторичное сопротивление может быть рассчитано на непрерывную работу для отвода тепла, выделяемого при непрерывной работе на пониженной скорости, частом ускорении или ускорении с большой инерционной нагрузкой. Внешнее сопротивление придает двигателю характеристику, которая приводит к большому падению оборотов при относительно небольшом изменении нагрузки. Пониженная скорость обеспечивается примерно до 50% номинальной скорости, но эффективность низкая.

Многоскоростные двигатели: Двигатели с последовательным расположением полюсов рассчитаны на одну скорость.Физически повторно подключив провода, можно получить соотношение скоростей 2:1. Типичные синхронные скорости для двигателя 60 Гц: 3600/1800 об/мин (2/4 полюса), 1800/900 об/мин (4/8 полюса) и 1200/600 об/мин (6/12 полюсов).

Двигатели с двумя обмотками имеют две отдельные обмотки, которые можно наматывать для любого числа полюсов, чтобы можно было получить другие соотношения скоростей. Однако соотношение больше 4:1 нецелесообразно из-за размера и веса двигателя. Однофазные многоскоростные двигатели обычно имеют конструкцию с переменным крутящим моментом, но доступны двигатели с постоянным крутящим моментом и постоянной мощностью.

Выходная мощность многоскоростных двигателей может быть пропорциональна каждой скорости. Эти двигатели рассчитаны на выходную мощность в лошадиных силах в соответствии с одной из следующих характеристик нагрузки.

Переменный крутящий момент: Двигатели имеют характеристику крутящего момента, которая зависит от квадрата скорости. Например, двигатель на 1800/900 об/мин, который развивает 10 л.с. при 1800 об/мин, производит 2,5 л.с. при 900 об/мин. Поскольку для некоторых нагрузок, таких как центробежные насосы, вентиляторы и воздуходувки, требуемый крутящий момент изменяется пропорционально квадрату или кубу скорости, эта характеристика двигателя обычно является адекватной.

Постоянный крутящий момент: Эти двигатели могут развивать одинаковый крутящий момент на каждой скорости, поэтому выходная мощность напрямую зависит от скорости. Например, двигатель мощностью 10 л.с. при 1800 об/мин производит 5 л.с. при 900 об/мин. Эти двигатели используются в приложениях с требованиями к постоянному крутящему моменту, таких как смесители, конвейеры и компрессоры.

Постоянная мощность: Эти двигатели развивают одинаковую мощность на каждой скорости, а крутящий момент обратно пропорционален скорости.Типичные области применения включают станки, такие как сверла, токарные станки и фрезерные станки.

Однофазные двигатели: Однофазные асинхронные двигатели обычно имеют дробную мощность, хотя однофазные двигатели с интегральной мощностью доступны в более низком диапазоне мощности. Наиболее распространенными однофазными двигателями с дробной мощностью являются двигатели с расщепленной фазой, конденсаторным пуском, постоянным разделенным конденсатором и экранированным полюсом.

Двигатели бывают многоскоростными, но существует практическое ограничение на количество получаемых скоростей.Доступны двух-, трех- и четырехскоростные двигатели, а выбор скорости может быть выполнен последовательно-полюсным или двухобмоточным методом.

Однофазные двигатели вращаются в том направлении, в котором они были запущены; и они запускаются в заданном направлении в соответствии с электрическими соединениями или механическими настройками пусковых средств. Двигатели общего назначения могут работать в любом направлении, но стандартное вращение — против часовой стрелки, если смотреть на конец, противоположный приводному валу.Двигатели могут быть повторно подключены для изменения направления вращения.

Универсальные двигатели: Универсальный двигатель работает практически с одинаковыми характеристиками при постоянном или переменном токе до 60 Гц. Он отличается от двигателя постоянного тока коэффициентами обмотки и более тонкими металлическими пластинами. Двигатель постоянного тока работает на переменном токе, но с низким КПД. Универсальный двигатель может работать на постоянном токе с практически эквивалентными характеристиками переменного тока, но с меньшей коммутацией и сроком службы щеток, чем у эквивалентного последовательного двигателя постоянного тока.

Важной характеристикой универсального двигателя является то, что он имеет самое высокое отношение мощности к фунту среди всех двигателей переменного тока, поскольку он может работать на скоростях, во много раз превышающих скорость любого другого двигателя с частотой 60 Гц.

При работе без нагрузки универсальный двигатель имеет тенденцию разгоняться, скорость ограничивается только ветром, трением и коммутацией. Поэтому большие универсальные двигатели почти всегда подключаются напрямую к нагрузке для ограничения скорости. На переносных инструментах, таких как электрические пилы, нагрузка, создаваемая шестернями, подшипниками и охлаждающим вентилятором, достаточна для удержания скорости холостого хода на безопасном уровне.

С универсальным двигателем управление скоростью осуществляется просто, поскольку скорость двигателя чувствительна к изменениям как напряжения, так и потока. С помощью реостата или регулируемого автотрансформатора скорость двигателя можно легко изменить от максимальной скорости до нуля.

Синхронные двигатели: Синхронные двигатели по своей природе являются двигателями с постоянной скоростью и работают в абсолютной синхронизации с частотой сети. Как и в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, скорость определяется количеством пар полюсов и всегда является отношением к частоте сети.

Синхронные двигатели изготавливаются в размерах от субфракционных двигателей с самовозбуждением до двигателей большой мощности с возбуждением постоянным током для промышленных приводов. В диапазоне долей мощности синхронные двигатели используются в основном там, где требуется точная постоянная скорость.

Синхронные двигатели большой мощности, используемые для промышленных нагрузок, выполняют две важные функции. Во-первых, это высокоэффективное средство преобразования энергии переменного тока в механическую энергию.Во-вторых, он может работать с опережающим или единичным коэффициентом мощности, тем самым обеспечивая коррекцию коэффициента мощности.

Существует два основных типа синхронных двигателей: без возбуждения и с возбуждением от постоянного тока.

Двигатели без возбуждения изготавливаются в реактивном и гистерезисном исполнении. Эти двигатели используют схему самозапуска и не требуют внешнего источника возбуждения.

Двигатели с возбуждением постоянным током имеют мощность более 1 л.с. и требуют для возбуждения постоянного тока, подаваемого через токосъемные кольца.Постоянный ток может подаваться от отдельного источника или от генератора постоянного тока, непосредственно соединенного с валом двигателя.

Однофазные или многофазные синхронные двигатели не могут запускаться без привода или без подключения ротора в виде цепи самозапуска. Поскольку поле вращается с синхронной скоростью, двигатель должен быть ускорен, прежде чем он сможет войти в синхронизм. Ускорение с нулевой скорости требует проскальзывания до достижения синхронизма. Поэтому необходимо использовать отдельные пусковые средства.

В конструкциях с автоматическим пуском, типоразмеров fhp используются методы пуска, общие для асинхронных двигателей (расщепленная фаза, пуск с конденсатором, пуск с отталкиванием и пуск с экранированным полюсом). Электрические характеристики этих двигателей заставляют их автоматически переключаться в синхронный режим.

Несмотря на то, что двигатель с возбуждением постоянным током имеет короткозамкнутую обмотку для пуска, называемую амортизирующей или демпферной обмоткой, присущий ему низкий пусковой момент и потребность в источнике питания постоянного тока требуют системы пуска, обеспечивающей полную защиту двигателя при пуске, применяется постоянный ток возбуждение поля в нужное время, устраняет возбуждение поля при вытягивании ротора (максимальный крутящий момент) и защищает короткозамкнутую обмотку от теплового повреждения в условиях асинхронности.

Тяговый крутящий момент — это минимальный крутящий момент, развиваемый от состояния покоя до точки втягивания. Этот крутящий момент должен превышать крутящий момент нагрузки с достаточным запасом, чтобы поддерживать удовлетворительную скорость ускорения при нормальных условиях напряжения.

Реактивный крутящий момент возникает из-за заметности (предпочтительного направления намагничивания) полюсных наконечников ротора и пульсирует на скоростях ниже синхронных. Это также влияет на крутящие моменты двигателя, поскольку невозбужденный явнополюсный ротор стремится выровняться с магнитным полем статора, чтобы поддерживать минимальное магнитное сопротивление.Этого реактивного крутящего момента может быть достаточно для приведения в синхронизм малонагруженной малоинерционной системы и для развития примерно 30-процентного тягового крутящего момента.

Синхронный крутящий момент — это крутящий момент, развиваемый после подачи возбуждения, который представляет собой общий установившийся крутящий момент, доступный для привода нагрузки. Он достигает максимума примерно при отставании ротора от магнитного поля вращающегося статора примерно на 70°. Это максимальное значение фактически является моментом отрыва.

Момент отрыва — это максимальный устойчивый крутящий момент, развиваемый двигателем при синхронной скорости в течение одной минуты при номинальной частоте и нормальном возбуждении.Нормальный момент отрыва обычно составляет 150% от момента полной нагрузки для двигателей с единичным коэффициентом мощности и от 175 до 200% для двигателей с опережающим коэффициентом мощности 0,8.

Втягивающий момент синхронного двигателя – это крутящий момент, развиваемый им при втягивании подключенной инерционной нагрузки в синхронизм при приложении возбуждения. Втягивающий момент развивается при переходе от скорости проскальзывания к синхронной скорости, когда двигатель переключается с асинхронного режима на синхронный. Обычно это самый критический период при запуске синхронного двигателя.Моменты, развиваемые амортизирующей обмоткой и обмоткой возбуждения, при синхронной скорости обращаются в нуль. Таким образом, в точке втягивания действуют только реактивный момент и синхронизирующий момент, обеспечиваемые возбуждением обмоток возбуждения.

Синхронизирующие двигатели: Синхронизирующие двигатели имеют номинальную мощность менее 1/10 л.с. и используются в качестве первичных двигателей для синхронизирующих устройств. Поскольку двигатель используется в качестве таймера, он должен работать с постоянной скоростью.

Двигатели переменного и постоянного тока могут использоваться в качестве синхронизирующих двигателей.Синхронизирующие двигатели постоянного тока используются для портативных устройств или там, где требуется высокое ускорение и низкие изменения скорости. Преимущества включают пусковой крутящий момент, в десять раз превышающий рабочий крутящий момент, эффективность от 50 до 70% и относительно простое управление скоростью. Но требуется какая-то форма регулятора скорости, механическая или электронная.

Двигатели переменного тока используют легкодоступную мощность, они дешевле, имеют увеличенный срок службы и не создают радиопомех. Однако двигатели переменного тока не могут быть легко адаптированы для портативных устройств, имеют относительно низкий пусковой момент и гораздо менее эффективны, чем двигатели постоянного тока.

Серводвигатели переменного тока: Серводвигатели переменного тока используются в сервомеханизмах переменного тока и компьютерах, которые требуют быстрого и точного отклика. Для получения этих характеристик серводвигатели имеют высокоомные роторы малого диаметра. Небольшой диаметр обеспечивает низкую инерцию для быстрых пусков, остановок и реверсов, а высокое сопротивление обеспечивает почти линейное соотношение скорости и крутящего момента для точного управления.

Серводвигатели намотаны с двумя фазами физически под прямым углом или в пространственной квадратуре.Постоянная или опорная обмотка возбуждается от источника постоянного напряжения, а управляющая обмотка возбуждается регулируемым или переменным управляющим напряжением, обычно от сервоусилителя. Обмотки обычно проектируются с одинаковым отношением напряжения к виткам, так что потребляемая мощность при максимальном возбуждении с фиксированной фазой и при максимальном сигнале фазы управления находится в равновесии.

В идеальном серводвигателе крутящий момент на любой скорости прямо пропорционален напряжению обмотки управления. Однако на практике эта взаимосвязь существует только при нулевой скорости из-за присущей асинхронному двигателю неспособности реагировать на изменения входного напряжения в условиях легкой нагрузки.

Свойственное серводвигателям демпфирование уменьшается по мере увеличения номинальных характеристик, и двигатели имеют приемлемый КПД за счет снижения линейности скорости и крутящего момента. Большинство более крупных двигателей имеют встроенные вспомогательные вентиляторы для поддержания температуры в безопасном рабочем диапазоне. Доступны серводвигатели мощностью от менее 1 до 750 Вт и размерами от 0,5 до 7 дюймов. перед.д. Большинство конструкций доступны с модульными или встроенными редукторами.

%PDF-1.3 % 2014 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 2014 132 0000000016 00000 н 0000003015 00000 н 0000003200 00000 н 0000003341 00000 н 0000003374 00000 н 0000003433 00000 н 0000004293 00000 н 0000004562 00000 н 0000004632 00000 н 0000004777 00000 н 0000004875 00000 н 0000004984 00000 н 0000005046 00000 н 0000005180 00000 н 0000005242 00000 н 0000005373 00000 н 0000005545 00000 н 0000005737 00000 н 0000005866 00000 н 0000005991 00000 н 0000006185 00000 н 0000006297 00000 н 0000006437 00000 н 0000006589 00000 н 0000006741 00000 н 0000006887 00000 н 0000007054 00000 н 0000007211 00000 н 0000007346 00000 н 0000007484 00000 н 0000007618 00000 н 0000007804 00000 н 0000007918 00000 н 0000008065 00000 н 0000008197 00000 н 0000008374 00000 н 0000008556 00000 н 0000008681 00000 н 0000008816 00000 н 0000008961 00000 н 0000009075 00000 н 0000009189 00000 н 0000009321 00000 н 0000009456 00000 н 0000009594 00000 н 0000009778 00000 н 0000009921 00000 н 0000010035 00000 н 0000010146 00000 н 0000010285 00000 н 0000010425 00000 н 0000010582 00000 н 0000010735 00000 н 0000010871 00000 н 0000011012 00000 н 0000011201 00000 н 0000011294 00000 н 0000011384 00000 н 0000011505 00000 н 0000011605 00000 н 0000011706 00000 н 0000011803 00000 н 0000011901 00000 н 0000011999 00000 н 0000012097 00000 н 0000012195 00000 н 0000012293 00000 н 0000012391 00000 н 0000012489 00000 н 0000012587 00000 н 0000012685 00000 н 0000012783 00000 н 0000012881 00000 н 0000012979 00000 н 0000013077 00000 н 0000013175 00000 н 0000013273 00000 н 0000013372 00000 н 0000013471 00000 н 0000013570 00000 н 0000013669 00000 н 0000013768 00000 н 0000013867 00000 н 0000013966 00000 н 0000014065 00000 н 0000014164 00000 н 0000014263 00000 н 0000014362 00000 н 0000014461 00000 н 0000014560 00000 н 0000014659 00000 н 0000014758 00000 н 0000014857 00000 н 0000014956 00000 н 0000015055 00000 н 0000015154 00000 н 0000015253 00000 н 0000015352 00000 н 0000015451 00000 н 0000015550 00000 н 0000015649 00000 н 0000015748 00000 н 0000015847 00000 н 0000015946 00000 н 0000016045 00000 н 0000016144 00000 н 0000016244 00000 н 0000016405 00000 н 0000017803 00000 н 0000017912 00000 н 0000018001 00000 н 0000018095 00000 н 0000018181 00000 н 0000018205 00000 н 0000024697 00000 н 0000024721 00000 н 0000029603 00000 н 0000029627 00000 н 0000034838 00000 н 0000034862 00000 н 0000040219 00000 н 0000040243 00000 н 0000045803 00000 н 0000045827 00000 н 0000045917 00000 н 0000050262 00000 н 0000050286 00000 н 0000054621 00000 н 0000054645 00000 н 0000059393 00000 н 0000003476 00000 н 0000004270 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 2015 0 объект > эндообъект 2016 0 объект a_

Однофазные асинхронные двигатели | Двигатели переменного тока

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запустится самостоятельно. Его можно запускать вручную в любом направлении, набирая скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

 

Двигатель 3-φ работает от мощности 1-φ, но не запускается

 

Одна катушка однофазного двигателя

Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной интенсивности при 0° и 180° электрического поля.

 

Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

 

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающиеся в противоположных направлениях, дважды совпадающие за оборот при 0° (рис. выше-а) и 180° (рис. д). Когда вектора поворачиваются на 90° и -90°, они компенсируются на рисунке c.

При углах 45° и -45° (рис. b) они частично суммируются по оси +x и компенсируются по оси y.Аналогичная ситуация существует на рисунке d. Сумма этих двух векторов представляет собой вектор, стационарный в пространстве, но меняющий полярность во времени. Таким образом, пусковой момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью, немного меньшей синхронной скорости, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении по отношению к вектору прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения.

Проскальзывание ротора составляет 200–10 % относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях.Небольшой крутящий момент (см. кривую крутящего момента в зависимости от скольжения), кроме двухчастотной пульсации, возникает из-за вращения вектора в противоположных направлениях. Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора.

Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, когда он приближается к скорости вектора обратного вращения.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичный для многофазных асинхронных двигателей.

Электродвигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы однофазного двигателя является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного. Для этого необходим двигатель с двумя обмотками, разнесенными на 90 90 230 ° 90 231 электрических, питаемых двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 90 230 ° 90 231 . Это называется двигателем с постоянно разделенным конденсатором.

 

Асинхронный двигатель с постоянным конденсатором

 

В двигателе этого типа наблюдается повышенная величина тока и сдвиг времени назад по мере того, как двигатель достигает скорости, с пульсациями крутящего момента на полной скорости.Решение состоит в том, чтобы конденсатор (сопротивление) был небольшим, чтобы минимизировать потери.

Потери меньше, чем у двигателя с расщепленными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте этой главы.

 

Однофазный асинхронный двигатель со встроенными обмотками статора

 

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры используют менее сложные для создания сосредоточенных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

На приведенном ниже рисунке для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку можно использовать конденсатор большей емкости, если он отключается центробежным выключателем, как только двигатель набирает скорость. Более того, вспомогательная обмотка может состоять из гораздо большего количества витков более толстого провода, чем используется в резистивном двигателе с расщепленной фазой, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.

В результате для тяжелых нагрузок, таких как компрессоры кондиционера, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в размерах с несколькими лошадиными силами (несколько киловатт).

 

Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

 

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для обеспечения высокого пускового момента, но с сохранением конденсатора меньшей емкости после пуска для улучшения рабочих характеристик без чрезмерного потребления тока.Дополнительная сложность двигателя с конденсаторным приводом оправдана для двигателей большего размера.

 

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

 

Пусковой конденсатор двигателя может быть двуханодным неполярным электролитическим конденсатором, который может представлять собой два последовательно соединенных полярных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы, рассчитанные на переменный ток, имеют настолько высокие потери, что их можно использовать только в повторно-кратковременном режиме (1 секунда включена, 60 секунд выключена), например при запуске двигателя.

Конденсатор для работы двигателя не должен быть электролитическим, а полимерным с меньшими потерями.

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой сопротивления

Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, провод меньшего диаметра расположен под углом 90 90 230 ° 90 231 к основной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка.

Можно получить около 30 ° разности фаз.Эта катушка создает умеренный пусковой момент, который отключается центробежным выключателем на 3/4 синхронной скорости. Эта простая схема (без конденсатора) хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), приводящих в движение легко запускаемые нагрузки.

 

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой сопротивления

 

Этот двигатель имеет больший пусковой момент, чем двигатель с расщепленными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, собранный из тех же деталей.Плотность тока во вспомогательной обмотке во время пуска настолько высока, что последующее быстрое повышение температуры исключает частые повторные пуски или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА в середине 1970-х годов предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при меньшей нагрузке, чем полная. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности меньше единицы из-за тока намагничивания, необходимого статору.Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя по мере уменьшения нагрузки двигателя. При малой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив приложенное напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность.

Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ.Для полностью нагруженного двигателя нет экономии, поскольку требуется весь ток намагничивания статора.

Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе от напряжения выше 104 В переменного тока, например, холодильник на 117 В переменного тока.

Регулятор коэффициента мощности может безопасно снизить напряжение сети до 104–110 В переменного тока.Чем выше начальное линейное напряжение, тем больше возможная экономия. Конечно, если энергетическая компания поставляет напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой однофазный асинхронный двигатель, практически не работающий, с 25% FLC или менее, является кандидатом на PFC. Тем не менее, он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в лесопильном станке, пробивном прессе или конвейере, тем больше вероятность того, что контроллер окупится за несколько лет эксплуатации.

Платить за него должно быть втрое легче, чем за более производительный 3-φ-двигатель. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

 

Краткое описание: Однофазные асинхронные двигатели

  • Однофазные асинхронные двигатели не запускаются самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка не является обязательной.
  • Вспомогательная обмотка двигателя с постоянно разделенным конденсатором   имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время запуска и работы.
  • Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском имеет только конденсатор, включенный последовательно с вспомогательной обмоткой во время пуска.
  • Двигатель с питанием от конденсатора обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
  • Вспомогательная обмотка двигателя с расщепленной фазой сопротивления создает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время запуска из-за разницы сопротивлений.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Электродвигатели: конструкция, использование и применение

Электродвигатели имеют широкий спектр применения, от детских игрушек до огромных промышленных вентиляторов. Электродвигатели известны своей универсальностью и способностью обеспечивать электроэнергией множество применений.В этой статье вы узнаете о проектировании и конструкции промышленных электродвигателей.

Электродвигатель питается от источника электроэнергии. Электричество индуцирует магнитный поток на статоре двигателя. Статор взаимодействует с ротором и приводит в движение вал двигателя. Вращающийся вал позволяет передавать мощность на нагрузку. КПД электродвигателя обычно составляет около 90%, что намного выше, чем у других видов энергии, таких как двигатель внутреннего сгорания.

Большинство электродвигателей, используемых в промышленности, работают на переменном токе (А.С.). Причина в том, что мощность переменного тока является легкодоступным источником питания для заводов и объектов. Кроме того, существуют две основные конструкции двигателей переменного тока: синхронные и асинхронные. Синхронные двигатели имеют непосредственный контакт между статором и ротором. Асинхронные двигатели гораздо более распространены и не имеют направленной связи между статором и вращателем.

Таким образом, мы сначала рассмотрим проектирование и конструкцию двигателя с точки зрения асинхронного двигателя переменного тока, а затем обсудим области применения и характеристики его постоянного тока (Д.С) двоюродный брат.

Проектирование и конструкция двигателей

Проектирование электрооборудования

В отличие от большинства промышленных применений проектирование начинается с определения конструкции электрооборудования. Электрическая схема определяет ожидаемую скорость вращения двигателей, тип напряжения, количество выводов, КПД и другие характеристики двигателя.

Одним из соображений является способ подключения проводов. Есть два основных варианта: треугольник и звезда. Соединения треугольником обычно имеют более высокую надежность, так как в случае выхода из строя одной из трех первичных обмоток вторичная по-прежнему будет обеспечивать полное напряжение на всех трех фазах.Соединение звездой может обеспечить несколько напряжений без необходимости в дополнительных трансформаторах. Кроме того, в зависимости от напряжения двигателя соединение звездой или треугольником приведет к увеличению физических проводов.

Вал-ротор в сборе

В электродвигателях вал должен быть тщательно спроектирован, чтобы избежать частотного резонанса гармоник с входной частотой (50 Гц или 60 Гц) или кратной (например, 2x, 3x) этой частоте. Материал вала обычно представляет собой мягкую сталь, хотя может использоваться легированная сталь, если этого требует применение.Ротор обычно изготавливается из тонких металлических пластин, которые соединяются вместе и запрессовываются на вал.

Подшипники

Шариковый подшипникРоликовый подшипникПодшипник скольжения Изображения предоставлены KugglearExpress, Grainger и BearingsPlus

Вал опирается на раму двигателя через подшипники. Подшипники минимизируют трение, центрируют узел вала ротора и гасят силу нагрузки двигателя. В промышленности шарикоподшипники являются стандартными. Роликовые подшипники способны воспринимать большее усилие благодаря своей удлиненной конструкции и равномерной нагрузке.Подшипники скольжения часто используются для тяжелых условий эксплуатации, поскольку никакие механические детали фактически не соприкасаются друг с другом. Скорее, втулка находится под давлением смазки, на которой движется вал.

Статор в сборе

Статор в сборе состоит из тонких пластин, которые уложены отдельно, соединены или сварены вместе. Затем узел статора вставляется в раму. Пакетные пластины используются вместо цельного куска, чтобы уменьшить наведенные токи и связанное с этим тепло.

Корпус двигателя

Корпус двигателя должен защищать обмотки, подшипники и другие механические детали от влаги, химикатов, механических повреждений и истирания от песка.

Двумя наиболее распространенными типами рам для обеспечения этой защиты являются ODP (открытая защита от капель) и TEFC (полностью закрытый корпус с вентиляторным охлаждением). Рама ODP позволяет воздуху циркулировать через обмотки с помощью вентилятора и предотвращает попадание капель жидкости в двигатель. Двигатель TEFC расширяет защиту двигателя до внешней среды.При использовании в особых условиях, например во взрывоопасных зонах или без вентилятора, используются многочисленные другие типы рам.

Выводы

Конец электродвигателя, к которому подключены выводы и на двигатель подается питание, называется выводным концом. Противоположный конец двигателя с открытым валом называется приводным концом. На большинстве типов рам вентилятор устанавливается на вал на переднем конце.

Электродвигатели имеют возможность вращения как против часовой стрелки, так и по часовой стрелке, что обычно определяется с точки зрения конца вала.Направление вращения двигателя определяется схемой подключения проводов, установленной при электрическом расчете.

Скорость двигателя

Чтобы понять, как определяется скорость двигателей, необходимо понимание полюсов. Количество полюсов описывает, сколько магнитных полюсов присутствует в одном круге каждой катушки, и определяет количество оборотов в минуту (об/мин) двигателя.

Число полюсов находится в обратной зависимости от числа оборотов двигателя по формуле:

Число оборотов в минуту = (F x120)/P

F:

    • RPM для 2P = 3600
    • об / мин для 4P = 1800
    • об / мин для 6p = 1200
    • об / мин для 8P = 900 900

    для стран 50 Гц, таких как Европа, скорость по умолчанию будет выглядеть следующим образом:

    • об / мин для 2P = 3000
    • об / мин для 4P = 1500
    • об / мин для 6p = 1000
    • 9 об / мин для 8p = 900

    в реальных приложениях, все двигатели будут работать немного медленнее, чем у полюса RPM из-за соскальзывать.Скольжение описывается как разница между синхронной скоростью магнитного поля электродвигателя и скоростью вращения вала. Скольжение обычно представляется как отношение между двумя величинами. Iyt mainl зависит от параметров двигателя и определяется по формуле:

    где n — фактическая скорость, а ns — синхронная скорость двигателя.

    Применения с прямым питанием

    Наиболее экономичным применением электродвигателя является применение с прямым питанием.В этом приложении выводы двигателя подключаются непосредственно к источнику питания переменного тока. Двигатель будет работать на своих номинальных оборотах, которые будут заданной скоростью полюса (2p, 4p, 6p, 8p) за вычетом скольжения. Вот несколько примеров приложений с прямым питанием: краны, конвейеры и шестеренчатые насосы.

    Применения с регулируемой скоростью

    Когда двигатели работают в паре с частотно-регулируемым приводом (VFD), достигается точное управление двигателем. Скорость изменяется путем изменения напряжения и частоты источника питания двигателя через частотно-регулируемый привод.ЧРП также могут управлять разгоном и замедлением двигателя во время пуска или останова соответственно.

    Вопросы постоянного тока

    Двигатели постоянного тока работают от постоянного тока. Полярности и скольжения в двигателях постоянного тока не существует. Двигатели постоянного тока характеризуются как самовозбуждающиеся или с независимым возбуждением, в зависимости от того, где находится источник питания. Если постоянный ток подается извне, он будет подаваться от батарей или преобразователей переменного тока в постоянный. Скорость двигателя постоянного тока достигается изменением тока через обмотку якоря.

    Преимущества двигателя постоянного тока: более высокий пусковой момент, возможность быстрого пуска и остановки. Двигатели постоянного тока могут развивать переменную скорость без использования частотно-регулируемого привода. Эта универсальность делает их идеальными для небольших приложений, когда источник питания переменного тока недоступен и требуется плавный запуск (например, автомобильные аккумуляторы, конвейерные системы).

    Применение нагрузки

    Электродвигатель предназначен для подачи энергии на нагрузку. Есть две конфигурации, в которых электродвигатель может это делать: прямой привод и ременный привод.

    Прямой привод

    В двигателях с прямым приводом ремни, шкивы и подшипники отсутствуют. Вал двигателя непосредственно связан с нагрузкой. Прямой привод обычно считается гораздо более эффективным и может достигать более высоких значений оборотов, чем системы с ременным приводом. Двигатели с прямым приводом обычно считаются более надежными в большинстве случаев применения, поскольку вал и, следовательно, подшипники двигателя не подвергаются эксцентричным нагрузкам.

    Ременный привод

    Ременные приводы также называют гибкими элементами машин.Такие элементы могут поглощать значительное количество ударов, а также вибраций. Ременная передача передает мощность от двигателя к фактической нагрузке. Примерами использования являются подача энергии на вентилятор, конвейерную систему или когда заданная скорость должна экономично передаваться вращающейся нагрузке.

    Предоставлено: Convergence Training by Vector Solutions

    Рекомендации по техническому обслуживанию и ремонту

    Выполнение надлежащих регламентных работ по техническому обслуживанию имеет решающее значение для долгого срока службы двигателя.

    • Выполните проверку сопротивления изоляции, измерив сопротивление между обмотками и землей двигателя. Сопротивление должно быть большим, обычно более 100 МОм.
    • Равномерный воздушный зазор обеспечивает эффективную работу двигателя. Воздушные зазоры двигателя можно проверить с помощью щупов.
    • Надлежащая смазка является ключевым фактором технического обслуживания двигателей и их эффективной работы.
    • Также необходимо проверить центровку ротора. Когда роторы смещены, нагрузка будет пытаться притянуться к своему магнитному центру, вызывая чрезмерную нагрузку на подшипники.

    Энергоэффективные двигатели

    Энергоэффективные двигатели

    Описание

    Энергоэффективные двигатели потребляют меньше электроэнергии, меньше нагреваются и часто служат дольше, чем Двигатели NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) B одного размера.

    Чтобы эффективно оценить преимущества высокоэффективных электродвигателей, мы должны определить «эффективность». Для электродвигателя КПД – это отношение механической мощности, подаваемой от двигателя (выход) к электрической мощности, подаваемой на двигатель (вход).

    Эффективность = (выходная механическая мощность / потребляемая электрическая мощность) x 100%

    Таким образом, двигатель с КПД 85 % преобразует 85 % электроэнергии. вклад в механическую энергию. Остальные 15 процентов электроэнергии рассеивается в виде тепла, о чем свидетельствует повышение температуры двигателя. Энергоэффективный электрический в двигателях используется улучшенная конструкция двигателя и высококачественные материалы для снижения потерь в двигателе, тем самым повышая КПД двигателя.Усовершенствованная конструкция обеспечивает меньшее рассеивание тепла. и пониженный уровень шума.

    Большинство электродвигателей, произведенных до 1975 г., были спроектированы и изготовлены с учетом минимальные уровни производительности в качестве компромисса для низкой покупной цены. Эффективность сохранялась только на уровнях, достаточно высоких, чтобы соответствовать ограничениям повышения температуры конкретного двигателя. В 1977 году (NEMA) рекомендовал процедуру для маркировка стандартных трехфазных двигателей со средним номинальным КПД.Эти эффективности представляют собой среднее значение по отрасли для большого количества двигателей одинаковой конструкции. Таблица 1 сравнивает текущую стандартную номинальную эффективность при полной нагрузке для стандартной и энергоэффективной моторы разных размеров. Обратите внимание, что эти значения эффективности являются средними для трехфазной конструкции B. моторы. (Двигатели конструкции B составляют 90 процентов всех асинхронных двигателей общего назначения. См. публикацию спецификаций NEMA MG-1-1.16 для классификации асинхронных двигателей.) Двигатели других типов (конструкция A, C или D) имеют несколько иной КПД, в то время как одиночные фазные двигатели имеют значительно меньший КПД.Энергоэффективные двигатели продаются только с характеристиками скорость-крутящий момент NEMA B.

    ТАБЛИЦА 1
    Средний номинальный КПД при полной нагрузке Стандартные и энергоэффективные двигатели
    Номинальная мощность л.с. Стандартный двигатель* Высокоэффективный двигатель*
       1.0 75,5 82,6
       1,5 78,1 83.3
       2.0 80,5 83,8
       3.0 81,2 87.7
       5.0 82,8 88.6
       7.5 83,8 89,8
     10,0 85,2 90.1
     15,0 86,8 91.3
     20,0 87,8 91,9
     25,0 88,3 92,8
    30,0 89,1 92,7
     40,0 89,6 93.3
     50,0 90,5 93,8
     60,0 90,6 94.1
     75,0 91,2 94.4
    100,0 91,8 94.7
    125,0 92,4 95.3
    150,0 92,9 95,5
    200,0 94,0 95.4
     
    *Конструкция B, четырехполюсная, трехфазная

    КПД двигателя является фактором множества механических и электрических несовершенств внутри мотор.Сопротивление (I 2 Ом) потерь в обмотках статора и ротора бары могут составлять до 15 процентов потери эффективности в трехфазных двигателях. я 2 Потери R в однофазных двигателях малой мощности могут достигать 30 процентов. Потери намагниченности в сердечниках статора и ротора вызывают потерю КПД примерно от 1 до 7 процентов. Потери на трение в подшипниках и неэффективность охлаждающих вентиляторов приводят к потерям от 0,5% до 1,5%. в эффективности двигателя.Потери на трение и намагничивание не зависят от нагрузки двигателя и относятся только к размер и конструкция двигателя. Остальные потери называются потерями на паразитную нагрузку. Сильно недогруженные двигатели имеют более низкий КПД, потому что потери на трение, сопротивление ветру и сердечник остаются постоянными и составляют все больший процент от общей потребляемой мощности двигателя. На рисунке ниже показаны различные компоненты потери двигателя в зависимости от нагрузки двигателя.

    Конструкционные материалы, механическая и электрическая конструкция двигателя определяют его окончательную стоимость. эффективность.В энергоэффективных двигателях используются высококачественные материалы и оптимизированная конструкция. для достижения более высокой эффективности. Медный провод большого диаметра в статоре и больше алюминия в ротор снижает потери на сопротивление энергоэффективного двигателя. Улучшенная конфигурация ротора а оптимизированный воздушный зазор между ротором и статором приводит к уменьшению потерь на паразитную нагрузку. Оптимизированное охлаждение Конструкция вентилятора обеспечивает достаточное охлаждение двигателя с минимальными потерями на аэродинамическое сопротивление. Тоньше и выше Качественные стальные пластины в сердечнике ротора и статора позволяют энергоэффективному двигателю работают с существенно меньшими потерями на намагничивание.Высококачественные подшипники снижают потери на трение.

    Анализ экономии

    При рассмотрении энергоэффективных двигателей на срок окупаемости будут влиять два фактора: стоимость электроэнергии и эксплуатационные расходы. часов в год. Там, где электричество недорогое или время работы невелико, может потребоваться несколько лет для экономия от установки высокоэффективных двигателей, чтобы перевесить разницу в первоначальных затратах. С другой стороны, где затраты на электроэнергию и рабочие часы высоки в год, может быть возможно заменить существующий двигатель стандартной эффективности с энергоэффективным двигателем и получают зарплату менее одного года (таблица 2).Кроме того, экономические преимущества энергоэффективных двигателей по сравнению с двигателями с перемоткой часто дают возможность для перехода на энергоэффективные двигатели, когда старые двигатели сгорают.

    ТАБЛИЦА 2. Матрица выбора двигателя
    на примере двигателя мощностью 10 л.с.
    Многофазный асинхронный двигатель переменного тока
    Стандартный двигатель Высокоэффективный двигатель
    А Б С
     1. Первая стоимость 180 долларов 224 доллара 252 доллара 279 долларов
     2. % Срок службы = Годовые затраты 22,50 доллара США $28.00 $31,50 $34,88
     3. Требуемая электроэнергия (кВт) 8,78 8,52 8,43 8.38
    4. часов использования в год 4000 4000 4000 4000
    5. Эффективность 85,0 87,5 88,5 89.0
     6. кВтч/год** 35 120 34 080 33 720 32 520
    7. Стоимость/кВтч (энергия + потребность) 0,06 доллара США 0,06 доллара США 0,06 доллара США 0,06 $
     8. Годовая стоимость электроэнергии 2107 долларов США 2045 долларов США 2023 доллара США 2011 долларов США
     9. Разница в стоимости электроэнергии -0- $62.00 $84,00 $96,00
    10. Общая годовая стоимость 2130 долларов США 2073 доллара США 3055 долларов США 2046 долларов
    11. Окупаемость — лет*** -0- 0,71 0,86 1.03
    Источник: Публикация NEMA MG-1.
    Факторы, которые следует помнить при покупке энергоэффективных двигателей:
    • Созданы не все двигатели с высоким КПД равный. NEMA требует, чтобы метод испытания средней номинальной эффективности был указан на паспортной табличке.IEWC 34-2 и JEC 37 методов тестирования дают несколько более высокую эффективность, чем метод IEEE 112. Текущие коды NEMA требуют, чтобы паспортная табличка двигателя содержит как стандарты эффективности, так и стандарты испытаний.
    • Двигатели лучше всего работают при полной нагрузке. Недогруженный двигатель, энергоэффективный или нет, менее эффективен, чем полностью загруженный мотор.
    • Энергосберегающие двигатели наиболее привлекательны с экономической точки зрения, когда затраты на электроэнергию и/или часы работы в год высоки.

    PowerFactor-EnergyConservation

    Энергосбережение является горячей темой в наши дни, и все «знают», что низкий коэффициент мощности может означать потерю электроэнергии. Много вопросов задают о коэффициенте мощности асинхронных двигателей. Некоторые конкуренты подчеркивают высокий коэффициент мощности своих двигателей. Почему бы и нет?

    Асинхронные двигатели являются лишь одним из видов электрооборудования, которое имеет тенденцию снижать коэффициент мощности установки. При этом учитывается коэффициент мощности всей системы предприятия.Существуют способы корректировки низкого коэффициента мощности системы, поэтому максимальный коэффициент мощности двигателя не является жизненно важным. Коррекция коэффициента мощности системы часто является лучшим способом.

    Краткий обзор теории

    Истинная мощность , измеряемая в ваттах (Вт), представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением системы, которая выполняет полезную работу.

    Реактивная мощность , измеряемая в вольт-амперах, реактивная (ВАР) представляет собой мощность, накапливаемую и отводимую асинхронными двигателями, трансформаторами и соленоидами, потребляющими реактивную мощность.

    Полная мощность , измеряемая в вольт-амперах (ВА), представляет собой напряжение в системе переменного тока, умноженное на весь ток, протекающий в ней. Это векторная сумма активной и реактивной мощности.

    Коэффициент мощности , представляет собой отношение фактической мощности, используемой в системе, к полной мощности, потребляемой от источника. Обычно выражается в процентах: Вт/ВА x 100. Косинус угла между ВА и Вт на этой векторной диаграмме ø является мерой коэффициента мощности. Чем больше ток VAR, тем ниже коэффициент мощности.

    Только реальная мощность (Вт) в системе совершает полезную работу. Но утилита должна генерировать и распределять то, что действительно течет: Полная мощность (ВА). Коммунальные службы обычно измеряют только ватты, но коммунальные службы могут измерить общий коэффициент мощности предприятия, и обычно взимают штраф за тариф, если этот коэффициент мощности низкий. На предприятии система распределения электроэнергии также должна быть рассчитана на распределение и коммутацию полной мощности, а не только полезных ватт. Короче говоря, разница между полезной мощностью и полной мощностью, на которую указывает коэффициент мощности, представляет собой мощность, которая не работает, но стоит пользователю денег.

    Почему не высокий коэффициент мощности двигателя?

    Как видно из диаграммы, если вектор реактивной мощности короткий, коэффициент мощности будет высоким. Таким образом, может показаться, что двигатели с высоким коэффициентом мощности помогут, потому что они будут вносить меньший вклад в общий вектор реактивной мощности системы. Но… Во-первых: нагрузка двигателя может не иметь большого влияния на коэффициент мощности системы. Это верно, когда:

    1. Нагрузка двигателя относительно мала по сравнению с резистивной нагрузкой (Вт) на систему установки, потребляемой таким оборудованием, как освещение установки и резистивное отопление.
    2. Большая часть нагрузки асинхронных двигателей представлена ​​большими высокоскоростными двигателями. Их коэффициент мощности изначально высок, и коэффициент мощности меньшего количества небольших двигателей не будет иметь большого значения.
    3. На заводе используются синхронные двигатели. Они не увеличивают вектор VAR, показанный на диаграмме, они имеют тенденцию уменьшать его.
    4. Двигатели являются лишь частью индуктивной нагрузки, отвечающей за длину вектора реактивной мощности диаграммы. Практически на любом заводе есть силовые трансформаторы, вероятно, сварочные трансформаторы, возможно, электромагнитные механизмы и оборудование для индукционного нагрева.Также существует «паразитная индуктивность» в проводке установки, и теоретически эти системы проводки являются чисто резистивными нагрузками.
    5. Высокий коэффициент мощности двигателя приводит к нерациональному использованию, если двигатель слишком велик для рабочей нагрузки или большую часть времени работает при пониженной нагрузке.

    В описанных выше ситуациях высокий коэффициент мощности двигателя не будет сильно влиять на общий коэффициент мощности системы. Вероятно, недостаточно, чтобы оправдать стоимость и другие недостатки двигателей, рассчитанных на максимальный коэффициент мощности.

    Второй: Вы не получите такую ​​же хорошую конструкцию двигателя, сосредоточившись на высоком коэффициенте мощности.Разработчик двигателя должен учитывать ряд параметров, таких как повышение температуры, характеристики крутящего момента и КПД, а также коэффициент мощности, и он не может оптимизировать их все. Попытка разработать двигатель с высоким коэффициентом мощности и высокой эффективностью обходится дорого, а некоторые конструктивные изменения, улучшающие коэффициент мощности, такие как уменьшенный воздушный зазор, на самом деле оказывают противоположное влияние на эффективность.

    Лучший способ

    Независимо от того, как двигатели влияют на коэффициент мощности системы предприятия, его можно скорректировать, и это лучший способ.Вектор VAR на приведенной выше диаграмме представляет собой индуктивное реактивное сопротивление. Но есть еще и емкостное реактивное сопротивление, которое создает противоположный вектор VAR. Если на систему воздействуют оба вида реактивного сопротивления, они имеют тенденцию компенсировать друг друга. На приведенной ниже векторной диаграмме системы емкостная реактивная мощность почти так же велика, как индуктивная реактивная мощность, поэтому W более близко к ВА, а Вт/ВА x 100 — коэффициент мощности системы — является высоким.

    Как:

    Иногда вращающиеся конденсаторы используются для создания емкостного реактивного сопротивления в системе предприятия, но статические конденсаторы более распространены.Может быть, один центральный банк для корректировки всей системы завода или банк на каждом из нескольких центров нагрузки завода. Или индивидуальная установка конденсатора на каждый двигатель. Какой из этих подходов лучше всего подходит для данного предприятия, требует анализа многих переменных, и мы не можем давать общие рекомендации. Сомневающийся покупатель должен обратиться к крупным производителям конденсаторов за подробной информацией и советом специалиста.

    Подвести итог

    Теперь вы понимаете, почему мы не используем самый высокий коэффициент мощности, предусмотренный в конструкции двигателя.Эффективность и другие желательные характеристики должны быть заложены в двигатель, потому что нет хорошего способа — внешнего по отношению к двигателю — добиться их эффекта. Но влияние коэффициента мощности двигателя на коэффициент мощности системы предприятия, в какой бы степени оно ни оказывалось, может быть компенсировано внешними средствами, а конденсаторы могут улучшить коэффициент мощности до 95-98%, что является большим улучшением, чем может быть реализовано в двигателе. . Внешняя коррекция имеет большое преимущество, заключающееся в корректировке трансформаторов и другого оборудования в системе предприятия, которое также имеет тенденцию к снижению коэффициента мощности.