Avtoargon.ru

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

Как рассчитать момент на валу асинхронного двигателя

Как рассчитать момент на валу асинхронного двигателя

2.9. Совместная работа асинхронного двигателя с нагрузкой на валу

На рис. 2.16 рассматривается совместная работа асинхронного двигателя с нагрузкой на валу. Нагрузочный механизм (рис. 2.16 а) соединяется с валом двигателя и при вращении создает момент сопротивления (момент нагрузки). При изменении нагрузки на валу автоматически изменяется частота вращения ротора, токи в обмотках ротора и статора и потребляемый из сети ток. Пусть двигатель работал с нагрузкой Мнагр 1 в точке 1 (рис. 2.16 б). Если нагрузка на валу увеличится до значения Мнагр 2, рабочая точка переместится в точку 2. При этом частота вращения ротора снизится (n21), а возрастет вращающий момент (М2>М1). Снижение частоты вращения ротора приводит к увеличению скольжения, увеличению токов в обмотках ротора и статора, т.е. к увеличению потребляемого из сети тока.

Крутящий момент скольжения, характеристики однофазного асинхронного электродвигателя

Из рисунка видно, что когда скольжение едино, переднее и заднее поле производят одинаковый крутящий момент, но его направление противоположно друг другу, так что производимый крутящий момент равен нулю, поэтому двигатель не может стартовать. Отсюда можно сделать вывод, что эти двигатели не запускаются сами, в отличие от трёхфазных.

Должны быть средства, чтобы обеспечить стартовый крутящий момент. За счёт некоторых средств можно достичь увеличения передней скорости устройства, в силу чего переднее скольжение будет уменьшаться, передний крутящий момент будет усиливаться, и обратный крутящий момент будет уменьшаться. В результате двигатель стартует.

Отсюда можно сделать вывод, что для старта однофазного двигателя, должна быть разница крутящего момента между передним и задним полем. Если крутящий момент переднего поля больше, чем заднего поля, то двигатель вращается вперед, или против часовой стрелки. Если крутящий момент заднего поля больше, то электродвигатель крутится назад, или по часовой стрелке.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала

Крутящий момент скольжения, характеристики трёхфазного асинхронного электродвигателя

Кривая крутящего момента скольжения для асинхронного двигателя даёт информацию об изменении крутящего момента со скольжением. Скольжение определяется как отношение разности синхронной скорости и фактической скорости ротора к синхронной скорости устройства.

Изменение скольжения может быть достигнуто вместе с изменением скорости, когда скорость меняется, будет меняться и скольжение, и крутящий момент, соответствующий данной скорости, также будет изменяться. Кривая может быть описана в трёх режимах работы:

Моторный режим

Идёт подача в область статора, и двигатель всегда вращается медленнее синхронной скорости. Крутящий момент асинхронного двигателя меняется от нуля до крутящего момента полной нагрузки, так же как и скольжение.

Скольжение претерпевает изменения от нуля до единицы. При отсутствии нагрузки скольжение составляет ноль, а при состоянии покоя оно равно единице. Кривая показывает, что крутящий момент прямо пропорционален скольжению. Это означает, что чем больше скольжение, тем больше производимый крутящий момент, и наоборот. Линейные взаимоотношения сильно упрощают расчёт параметра двигателя.

Генерирующий режим

Асинхронный двигатель работает быстрее синхронной скорости, и он должен управляться основным движителем. Обмотка статора подсоединена к трёхфазной подаче, за счёт которой поступает электрическая энергия. В действительности, в данном случае, скольжение и крутящий момент отрицательны, так что двигатель получает механическую энергию и производит электроэнергию.

Асинхронный двигатель не часто используется как электрогенератор, поскольку ему нужна для такой работы реактивная энергия.

Реактивную энергию в таком случае пришлось бы подавать извне, и если бы двигатель работал медленнее синхронной скорости по какой-либо причине, он бы скорее потреблял электроэнергию, чем бы производил её. Так что асинхронные электрогенераторы стараются не использовать.

Разрывающий режим

Два провода или полярность поставляемого напряжения меняются, так что двигатель начинает вращаться в обратном направлении, в результате чего электродвигатель останавливается. Этот метод разрыва известен как торможение противовключением.

2.8. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f(M). Эту характеристику (рис. 2.15) можно получить, используя зависимость M = f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

Так как S = (n0 — n) / n0, отсюда n = n0(1 — S). Напомним, что n0 = (60 f) / p – частота вращения магнитного поля.

Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n = n0. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты Мн и nн. Точка 3 соответствует критическому моменту Мкр и критической частоте вращения nкр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя Мпуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:

Читать еще:  Двигатель 1rz на какие машины ставился

n0 = (60 f) / p, где: р – число пар полюсов машины; f – частота сети.

Точка 2 с координатами nн и Мн. Номинальная частота вращения nн задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

здесь: Рн – номинальная мощность (мощность на валу).

Точка 3 с координатами Мкр nкр. Критический момент рассчитывается по формуле Мкр = Мн λ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя nкр = n0 (1 — Sкр), , Sн = (n0 — nн) / n0 – номинальное скольжение.

Точка 4 имеет координаты n=0 и М=Мпуск. Пусковой момент вычисляют по формуле

Мпуск = Мн λпуск, где: λпуск – кратность пускового момента задается в паспорте.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.

Измерение момента вращения двигателя

В этой статье речь пойдёт об определении момента вращения электродвигателя.

1.При пересчёте обмотки на меньшую частоту вращения

(большее число полюсов) пропорционально увеличивается эффективное число проводников и уменьшается их сечение, магнитный поток, магнитная индукция в спинке статора и мощность электродвигателя, тогда как магнитная индукция в зубцах статора и вращающий момент остаются неизменными. При такой зависимости нет необходимости проверять достаточность вращающего момента при изменении на меньшие обороты.

2.Другое положение, когда двигатель нужно перемотать на частоту большего вращения.

В этом случае спинка статора не позволяет увеличить магнитный поток, поэтому число проводников уменьшить в пазу невозможно, а значит, увеличить мощность двигателя невозможно.

Допустим, нужно перемотать двигатель с 1500 об/мин на 3000 об/мин. При этом, чтобы увеличить мощность нужно число эффективных проводников в пазу уменьшить, а их сечение увеличить почти в 2 раза, но так как спинка недостаточной высоты, они остаются числом, какое их было при 1500 об/мин.

Если сечение провода остаётся неизменным, то и мощность электродвигателя должна быть ткой же как и при 1500 об/мин. За счёт увеличения числа оборотов хотя и снизится в 2 раза вращающий момент, всё же двигатель должен бы работать нормально. Но только по сечению провода нельзя судить о сохранении мощности, нужно сохранить магнитную индукцию в зубцах статора в пределах 1,2 — 1,3 Тл.

С увеличение оборотов увеличивается и полюсное деление, поэтому при неизменном потоке магнитная индукция в спинке остаётся такой же неизменной, а в зубцах статора она уменьшится в 2 раза. При таком снижении индукци насыщение зубцов будет слабым, а это приведёт к уменьшению тока намагничивания(холостого хода) , как минимум в 8 раз. Такой ток будет недостаточным даже для электродвигателя со старой мощностью,что в свою очередь ослабит вращающий момент, и электродвигатель будет непригоден для повышенных оборотов. Это подтверждает, что на 3000 об/мин. электродвигатель изменить незьзя даже с 1500 об/мин. из-за слабого момента вращения.

3. При увеличении оборотов электродвигателя возникает необходимость проверить достаточность вращающего момента. Сначала определяются моменты вращения старого (Мс) и нового (Мн), а потом они сравниваются между собой. Отношение старого к новому моменту вращения должно быть равно или близко к единице: Мс : Мн = 1 — 1.25

Большая разница между вращающими моментами указывает на завышенное число проводников в пазу статора, а значит — низкую магнитную индукцию в зубцах, малый ток холстого хода и слабый вращающий момент на увеличенных оборотах электродвигателя.

4. Формула для определения момента вращеня:

Данная формула не распространяется на двигатели с совмещёнными обмотками, поскольку у них момент вращения на порядок больше.

Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный момент М пропорционален электромагнитной мощности:

— угловая синхронная скорость вращения.

Подставив в (13.11) значение электромагнитной мощности по (13.5), получим

т. е. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропор­ционален мощности электрических потерь в обмотке ротора.

Если значение тока ротора по выражению (12.25) подставить в (13.13), то получим формулу электромагнитного момента асин­хронной машины (Н м):

М = (13.14)

Параметры схемы замещения асинхронной машины r1, r ‘2 , х1 и х’2 , входящие в выражение (13.14), являются постоянными, так как их значения при изменениях нагрузки машины остается практически неизменными. Также постоянными можно считать напряжение на обмотке фазы статора U1 и частоту f1. В выражении момента M единственная переменная величина — скольжение s, которое для различных режимов работы асинхронной машины может принимать разные значения в диапазоне от + ∞ до — ∞ (см. рис. 10.1).

Читать еще:  Что сделать из двигателя кухонного комбайна

Рассмотрим зависимость момента от скольжения M = f (s) при U1 = const, f1 = const и постоянных параметрах схемы замещения. Эту зависимость принято называть механической характеристи­кой асинхронной машины. Анализ выражения (13.14), представ­ляющего собой аналитическое выражение механической характе­ристики M = f (s), показывает, что при значениях скольжения s = 0 и s = ∞ электромагнитный момент М = 0. Из этого следует, что механическая характеристика M = f (s) имеет максимум.

Для определения величины критического скольжения sкр, со­ответствующего максимальному моменту, необходимо взять пер­вую производную от (13.14) и приравнять ее нулю: dM /ds = 0. В результате

sкр = ± r / 2 / (13.15)

Подставив значение критического скольжения (по 13.15) в выражение электромагнитного момента (13.14), после ряда преоб­разований получим выражение максимального момента (Н м):

Mmax = ± (13.16)

В (13.15) и (13.16) знак плюс соответствует двигательному, а знак минус — генераторному режиму работы асинхронной машины.

Для асинхронных машин общего назначения активное сопро­тивление обмотки статора r1 намного меньше суммы индуктивных сопротивлений: r1 / 2 /(x1 +x / 2) (13.17)

и максимального момента (Н м)

Mmax = ± (13.18)

Рис. 13.2. Зависимость режимов работы

Вращающий момент асинхронного двигателя

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

,

где — угловая скорость.

Механическая мощность, развиваемая ротором,

где — угловая скорость ротора.

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

(7).

Вращающий момент, с учетом (6),

.

где , КТ — коэффициент трансформации двигателя с заторможенным ротором.

,

где U1 — напряжение сети.

(8).

где — константа.

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

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

. (9)

Подставив значение критического скольжения в формулу (8), получим

. (10)

Из формул (8), (9), (10) видно:

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

Пусковой момент асинхронного двигателя

Пусковым моментом асинхронного двигателя называют вращающий момент, который развивается на валу асинхронного электрического двигателя, когда ротор остается неподвижным, а статор тока установлен в обмотках.
Если в специализированной литературе встречаются термины «начальный момент», «начальный пусковой момент асинхронного двигателя» или «момент трогания», то речь тоже идет о пусковом моменте. Обязательно нужно следить за правильностью выполнения обмоток, причем подразумевается, что частота питающего напряжения, как и само напряжение, будут приближены к номинальному значению. Только в номинальном режиме асинхронный двигатель сможет работать непосредственно так, как задумано инженерами.

Пусковой момент и его численное значение

Определить пусковой момент асинхронного двигателя можно, используя специальную формулу. Кратность же пускового момента асинхронного двигателя можно найти в паспорте устройства, такой документ обязательно должен предоставляться производителем. С этими данными формулу пускового момента асинхронного двигателя очень просто рассчитать.

В зависимости от модели двигателя меняется величина кратности. Встречаются изделия, в которых этот показатель составляет от 1,5 до 6. При покупке необходимо убедиться, что значение пускового момента больше, чем статический момент планируемой проектной нагрузки на валу. Если, выбирая двигатель, вы обнаружили несоответствие, то такой аппарат не сможет развивать необходимый рабочий момент и выполнять нужную нагрузку. Он просто будет не в состоянии должным образом запуститься, а после и разогнаться до номинальных оборотов. Максимальный пусковой момент асинхронного двигателя должен соответствовать потребностям пользователя.

Читать еще:  Шумит двигатель на холодную фольксваген поло седан

Для нахождения пускового момента существует и еще одна формула. Ее следует использовать при выполнении теоретических расчетов. Чтобы воспользоваться формулой, необходимо знать показатели номинального оборота и мощности на валу. На шильдике (табличка с данными) устройства указываются все эти параметры. В формуле P2 –номинальная мощность, а F1 – номинальные обороты. Формула выглядит следующим образом:

Чтобы найти P2, необходимо применить уже отдельную формулу. Здесь пусковой момент асинхронного двигателя зависит от напряжения. Важно учитывать параметры скольжения, пускового тока и напряжения питания. Все эти величины тоже обнаруживаются на шильдике. Расчеты не представляют особой сложности. И формула наглядно показывает, что для увеличения пускового момента асинхронного двигателя можно воспользоваться двумя методиками: повысить питающее напряжение или увеличить стартовый ток.

Для наглядности предлагаем произвести расчет значений пусковых моментов для трех аппаратов из серии АИР. Воспользоваться нужно самой первой формулой, для которой необходимы величины номинального момента и параметры кратности пускового момента. Результаты вычислений представлены в табличке:

Тип двигателяНоминальный момент, НмОтношение пускового момента к номинальному моментуПусковой момент, Нм
АИРМ132М2362,590
АИР180S2722144
АИР180М2972,4232,8

Какую роль играет пусковой момент

Встречаются ситуации, когда двигатели подключают непосредственно к сети, а коммутацию производят за счет обычного магнитного пускателя. Для этого линейное напряжение подается на обмотки, образуется вращающееся магнитное поле статора, за счет чего оборудование начинает работать.

В этом случае не избежать броска тока, который по своей величине превысит номинальный ток в 5-7 раз. И чем мощнее двигатель и выше нагрузка, тем большей будет и длительность такого превышения. Более мощные моторы демонстрируют продолжительный старт, а обмотки статора в них принимают токовую перегрузку дольше.

Двигатели малой мощности, не превышающей 3 кВт, могут с легкостью перенести такие перепады. Сеть тоже вполне достойно справляется с кратковременными бросками мощности, поскольку у сети в любом случае присутствует некий мощностной резерв. Это объясняет, почему мелкие бытовые электроприборы, а также небольшие станки, вентиляторы и насосы подсоединяют напрямую, не беспокоясь о том, что они подвергаются перегрузкам. Обмотки статоров в двигателях маломощного оборудования соединяются «звездой», если расчет идет на 3-фазное напряжение в 380 вольт или «треугольником», когда речь идет о 220 вольтах.

Но если двигатель более мощный, с показателем в 10 и больше кВт, то его недопустимо включать в сеть напрямую. Нужно ограничить бросок тока, иначе можно спровоцировать существенную перегрузку, которая приведет к опасным последствиям.

Пути ограничения пускового тока

Самый простой способ убрать лишний пусковой ток заключается в запуске оборудования на пониженном напряжении электродвигателя. Для этого конструкция предусматривает переключение обмотки с «треугольника» на «звезду» непосредственно в момент запуска. Когда же двигатель наберет некоторые обороты, обмотка переключается обратно на «треугольник». Всего несколько секунд требуется для погашения ненужного всплеска и переключения. В устройствах это реализуется за счет реле времени или иных приспособлений.

Если используется это решение, то пусковой момент также понижается. И здесь можно наблюдать квадратичную зависимость: когда напряжение уменьшится в 1,7 раза, то и момент снизится в 3 раза. Именно поэтому пуск на пониженном напряжении можно использовать лишь оборудования, в котором пуск возможен только с минимальной нагрузкой на валу двигателя асинхронного типа. Ярким примером может служить пуск многопильного станка.

Если же речь идет о мощных нагрузках, к примеру, присущих ленточному конвейеру, то указанный выше способ ограничения пускового тока не подходит. Лучше применять реостатный метод. Он дает возможность уменьшить пусковой ток без ущерба для крутящего момента. Именно этот способ можно назвать наиболее подходящим для асинхронных электродвигателей, снабженных фазным ротором. Тут удобно включается реостат в цепь обмотки ротора, а регулировка рабочего тока производится ступенчато, обеспечивая плавный пуск. А за счет реостата можно отрегулировать и рабочую скорость в двигателе, причем это характерно не только для момента запуска.

Самым же эффективным методом для безопасного запуска электродвигателей асинхронного типа можно смело назвать пуск через частотный преобразователь. Показатели напряжения и частоты здесь регулируются самим преобразователем в автоматическом режиме, за счет чего двигатель работает в оптимальных для себя условиях. Так удается достичь стабильности в оборотах, но полностью исключить броски тока.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector