Virbactd.ru

Авто шины и диски
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Скорость вращения двигателя регулирование

Скорость вращения двигателя регулирование

Как мы уже знаем из курса ТОЭ, частота вращения ротора определяется по формуле:

Синхронная частота вращения зависит от частоты приложенного напряжения и количества пар полюсов

Исходя из этого, можно сделать вывод, что изменять скорость асинхронных ЭД можно с помощью изменения скольжения, частоты и числа пар полюсов.

Способы регулирования бывают разные, например механические муфты, редукторы, различные шестерёнчатые трансмиссии или есть способ изменения количества полюсов обмоток ЭД. Но в рамках данной статьи поговорим о методах регулировки ЭД с помощью изменения электрических параметров: регулировки напряжения питания ЭД и настройки частоты питающего напряжения и с помощью изменения активного сопротивления в роторной цепи.

Данный метод регулирования скорости асинхронного ЭД широко используется в машинах с фазным ротором. При этом в роторную цепь подсоединяется дополнительный реостат, которым можно достаточно плавно увеличивать номинал сопротивления. С ростом сопротивления, скольжение ЭД увеличивается, а скорость вращения снижается. Т.е, происходит регулировка скорости вниз от естественной характеристики.

Огромным минусом этого метода является его экономическая неэффективность, т.к с ростом скольжения, потери в роторной цепи существенно увеличиваются, т.е, КПД двигателя стремительно падает.
Плюс к этому, механическая характеристика двигателя становится более мягкой и пологой, поэтому незначительное изменение момента нагрузки на валу ЭД, вызывает резкое изменение частоты вращения.

Регулирование скорости ЭД этим способом крайне не эффективно, но, несмотря на это факт, все еще используется в ЭД с фазным ротором.

Этот способ подразумевает включения в питающую цепь автотрансформатора (АТР), перед статорной обмоткой, после питающих проводов. При этом, если понизить уровень напряжения на выходе АТР, то ЭД будет работать на пониженном напряжении.

Это в свою очередь снизит частоты вращения, при постоянном моменте нагрузки, а также к снижению перегрузочной способности ЭД. Так как с снижением уровня питания, максимальный момент асинхронного ЭД снижается в квадрат раз. Кроме этого момент снижается быстрее, чем ток в рроторной цепи, а поэтому, увеличиваются и потери, с последующим нагревом ЭД.

Способ регулировки напряжения, возможен только по направлению вниз от естественной характеристики, так как повышать напряжение выше номинального уровня категорически не приветствуется, ведь это приведет к огромным потерям в двигателе, перегреву и неисправности.

Кроме АТР, можно использовать тиристорный регулятор напряжения и аналогичные схемотехнические решения, в том числе и с использованием микроконтроллеров.

При таком методе, к ЭД подсоединяют преобразователь частоты (ПЧ). Например Omron, Hitachi и т.п ,(например в флюорографе ФМЦ). В простых вариантах это тиристорный ПЧ. Регулировка скорости происходит с помощью регулировки частоты питающего напряжения f, потому, что она оказывает влияние на синхронную скорость вращения ЭД.

С снижением частоты , перегрузочная способность ЭД также снижается, чтобы этого не допустить, необходимо повысить величину напряжения U1. Номинал на который требуется повысить, зависит от типа привода. Если регулирование осуществляется с постоянным моментом нагрузки на валу, то напряжение требуется изменять пропорционально регулировки частоты (при снижении скорости). В случае увеличения скорости этого делать не стоит, напряжение должно быть на номинальных значениях, иначе это может причинить вред ЭД.

Если регулировка скорости осуществляется с постоянной мощностью электродвигателя, то изменение U1 требуется осуществлять пропорционально корню квадратному изменения f1.

При настройки установок с вентиляторной характеристикой, требуется регулировать U1 пропорционально квадрату изменения f1.

Регулирование способом изменения частоты, является наиболее лучшим вариантом для асинхронных двигателей на текущий момент, т.к при нем осуществляется регулирование скорости в достаточно широком диапазоне, без существенных потерь и падения перегрузочных способностей ЭД.

Обычно регулирование оборотов для двигателей на 220 вольт осуществляют с помощью тиристоров. Типовой схемой считается подсоединение электродвигателя в разрыв анодной цепи тиристора. Но во всех подобных схемах должен быть надежный контакт. И поэтому их нельзя применить в регулировании частоты вращения коллекторных двигателей, так как механизм щеток искусственно создает небольшие обрывы цепи.

Читайте так же:
Как регулировать обороты электродвигателя переменного тока 380 в

Такой метод возможен только в многоскоростных асинхронных ЭД с короткозамкнутым ротором, т.к число полюсов этого ротора, всегда совпадает с полюсами статора.

В соответствии с формулой в начале страницы, скорость ЭД можно настраивать и изменением числа пар полюсов. Причём, в данном случае изменение скорости будет ступенчато, т.к как количество полюсов бывает только – 1,2,3,4,5.

Изменение их числа достигается с помощью переключения катушечных групп обмотки статора. При этом катушки коммутируются различными схемами, например “звезда — звезда” или “звезда – двойная звезда”. При соединении “звезда — звезда” получается изменение количества полюсов в соотношении 2:1. При этом будет постоянная мощность двигателя при переключении. При схеме “звезда – двойная звезда” изменяется количество полюсов в таком же соотношении, но еще обеспечивается постоянный момент двигателя.

Применение этого метода регулирования оправдано сохранением КПД и коэффициента мощности при переключении. Серьезным недостатком способа является более сложная конструкция ЭД, а также увеличение его стоимости.

Способы регулировки оборотов вращения асинхронных двигателей

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

Что такое асинхронный двигатель?

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

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

Двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКР)

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

Двигатель асихронный трехфазный

Двигатели с фазным ротором

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

Асинхронный трехфазный двигатель с ротором

Принцип работы и число оборотов асинхронных двигателей

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

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

n = 60f / p, об/мин

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

Читайте так же:
Как регулировка тнвд ямз 238

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

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

Расчет количества катушек

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

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

Стандартные значения оборотов:

Стандартные значения оборотов

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

2p = 0,35Z1b / h или 2p = 0,5Di / h,

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

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

Способы изменения оборотов двигателя

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

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

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

Типичные схемы регуляторов оборотов

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

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

Схема мощного регулятора для асинхронного двигателя

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

Схема регулятора для асинхронного двигателя с симистром

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

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

Все о частотных преобразователях

Частотные преобразователи — это устройства для плавного изменения частоты вращения синхронных и асинхронных двигателей посредством изменения частоты питающего тока.

В современной технике благодаря простоте конструкции и обслуживания, небольшим габаритам, высокой надёжности, и низкой стоимости огромное распространение получили именно асинхронные электродвигатели.

При работе различных устройств, в качестве привода которых применяются асинхронные электродвигатели, часто возникает необходимость в регулировании их скорости вращения.

Исходя из формулы n = (1 — S)60f/p где n — скорость вращения ротора, S — скольжение, f — частота питающей сети, p — количество пар полюсов.

Читайте так же:
Как отрегулировать сцепление лифан бриз

Существует три способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:

  • — изменение скольжения. Этот способ используется в двигателях с фазным ротором. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. При использовании этого способа можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Однако этот способ имеет, и ряд недостатков, основным из которых является большие потери на регулировочном реостате (нагрев) т.е. снижение КПД. Как следствие этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.
  • — изменение числа пар полюсов. Этот способ предполагает использование специальных двигателей (многоскоростных) имеющих более сложную обмотку статора, позволяющую изменять число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. Недостатком этого метода является ступенчатое регулирование (3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин – 1,2,3,4,5 обмотки с 1,2,3,4,5 парами полюсов соответственно), большая стоимость и громоздкость двигателя.
  • — изменение частоты питающего тока (напряжения). На практике этот метод, в общем случае (самый простой), предполагает вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения таким образом, что бы отношение U/f было постоянно. Это (изменение входного напряжения) делается для сохранения перегрузочной способности двигателя с изменением частоты сети.

В приводах центробежных насосов и вентиляторов, которые являются типичными представителями переменной механической нагрузки (момент нагрузки возрастает с увеличением скорости вращения) используется функция напряжения к квадрату частоты U/f 2 = сonst.

В более совершенных частотных регуляторах для управления скоростью вращения и электромагнитным моментом двигателя независимо, используется так называемое векторное управление. При этом виде управления необходимо управлять амплитудой и фазой статорного тока (т.е. вектором) в зависимости от положения ротора относительно обмотки статора в каждый момент времени.

Применение частотных регуляторов. Зачем нужен частотный регулятор?
Асинхронные двигатели имеют ряд недостатков (сложность регулирования скорости вращения, большие пусковые токи, относительно малый пусковой момент). Однако благодаря своей простоте, надежности и дешевизне получили огромное распространение в промышленности и быту. Применение же частотных регуляторов «устраняет» недостатки асинхронных двигателей и кроме этого позволяет избежать установки различного дополнительного оборудования, уменьшить потери в технологическом процессе, увеличить КПД самого двигателя, уменьшить износ, как самого двигателя, так и оборудования использующегося в данном технологическом процессе.

Рассмотрим более детально применение частотных регуляторов на примере насосного оборудования. Потери в технологической системе зависят от нагрузки создаваемой потребителями (на неё мы влиять не можем) и гидравлическим сопротивлением элементов этой системы. Так поддержание давления у потребителей на постоянном уровне при изменяющейся нагрузке, возможно только при использовании дополнительного оборудования (различных регуляторов давления, мембранных баков, дроссельных задвижек). Использование этого оборудования создает дополнительное гидравлическое сопротивление и как следствие снижает КПД системы в целом. При использовании частотного регулятора двигатель сам регулирует давление в сети посредством изменения частоты вращения. Кроме того при снижении технологической нагрузки уменьшая частоту вращения насоса, КПД самого насоса тоже возрастает. Таким образом достигается как бы двойной эффект увеличивается КПД системы в целом, за счёт исключения из системы лишнего гидравлического сопротивления и увеличение КПД самого насоса как агрегата.

Применение частотного регулятора также значительно снижает эксплуатационные затраты связанные с износом оборудования. Плавное регулирование вращения (и плавный пуск) практически полностью позволяют избежать как гидравлических ударов, так и скачков напряжения в электросети (особенно актуально в системах, где предусмотрен частый пуск/остановка насоса).

Поддержка

Искать ответ на вопрос как долго вам прослужит электродвигатель нужно не в ходе его эксплуатации, а намного раньше. Правильный выбор машины с учетом условий и регулярности ее применения — верный залог того, что она будет работать долго, надежно и эффективно. При этом, конечно, не стоит забывать о соблюдении рекомендаций по эксплуатации, грамотном монтаже и профессиональном обслуживании машины. Именно эти параметры будут определяющими в продолжительности ее жизни.

Читайте так же:
Как регулировать лодочный мотор на транце

Теперь рассмотрим каждый из них подробнее и дадим еще несколько советов, на что стоит обратить внимание при эксплуатации электродвигателя, чтобы срок его службы был максимально долгим.

1. Покупайте правильный электродвигатель

Чтобы не приобрести очередную «головную боль» (в виде электродвигателя) на свой объект, посоветуйтесь со своими механиками. Именно эти люди будут сутки напролет обхаживать и заботиться о двигателях, чтобы машина не подвела в самый неподходящий момент. Они профессионалы и подберут то, что необходимо, а не то, что дешево или выгодно. Они умеют правильно, и главное — технически грамотно:

  • определить производителя и серию двигателя;
  • указать необходимую мощность и обороты;
  • уточнить вопрос по рабочему напряжению, способу монтажа, климатическому исполнению;
  • обратить внимание на значения КПД и cos φ;
  • указать дополнительные требования к машине.

В том случае, если вы живете по правилу — доверяй, но поверяй — можете совершенно бесплатно получить необходимые рекомендации у наших специалистов.

2. Установите прямую связь со специалистами завода-изготовителя

Это позволит вам напрямую с разработчиками электродвигателя технически грамотно и быстро решать все вопросы, связанные с обслуживанием и ремонтом. Предоставляя обратную связь производителю, вы, хотите того сами или нет, делаете неоценимый вклад в повышения уровня качества производимой производителями продукции.

3. Соблюдайте технику безопасности при проведении монтажных работ и советы по эксплуатации

Установка электродвигателя производится, как правило, с помощью кранов или ручных лебедок, а также талей и других устройств, расположенных над местом его эксплуатации. Обязательно проверяйте возможности их нагрузки!

Также не забывайте, что центровка электродвигателей с технологической машиной, проверка воздушных зазоров, замена смазки в подшипниках, подгонка и регулировка щеток у электродвигателя с фазным ротором, проверка сопротивления изоляции обмоток должны происходить только при отключенном рубильнике, вынутых плавких вставках предохранителей на питающей линии с вывешиванием запрещающего плаката на рубильнике.

При монтаже необходимо обратить особое внимание на состояние электродвигателя и не допускать использования инструмента, имеющего дефекты.

4. Своевременно выполняйте регламентные работы

В первую очередь, проводите регулярный внешний осмотр во время работы двигателя. Эта мера носит профилактический характер, но очень важна. Она позволит предупредить возникновение неисправностей и, как следствие, предотвратить сбой в работе. Во время проведения осмотра очищается поверхность электродвигателя, производится затяжка болтовых соединений и крепления заземлений.

Не менее важно проведение работ по контролю основных параметров электрической машины. Сюда входят замер токов и проверка их на соответствие заводским параметрам. Перегрузка двигателя значительно сокращает срок его службы. Также необходимо убедиться в отсутствии посторонних шумов и вибрации, в том, что двигатель смазан, а его температура не превышает допустимые нормы (подробнее п. 7, 10).

5. Выбирайте энергоэффективные двигатели

Основным показателем энергоэффективности электродвигателя является его коэффициент полезного действия (далее КПД), который рассчитывается по формуле:

где Р2 — полезная мощность на валу электродвигателя,

Р1 — активная мощность, потребляемая электродвигателем из сети,

ΔP — суммарные потери, возникающие в электродвигателе.

Как мы видим, чем выше КПД (и соответственно ниже потери), тем меньше энергии потребляет электродвигатель из сети для создания полезной мощности.

Согласно эмпирическому закону срок службы изоляции уменьшается в два раза при увеличении температуры на 100 °C. Таким образом, срок службы двигателя с повышенной энергоэффективностью несколько больше, так как потери и нагрев меньше.

6. Применяйте электродвигатели с преобразователями частоты

Преобразователи частоты позволяют регулировать скорость вращения электродвигателя за счет изменения входной частоты. Это позволяет сэкономить как минимум 30% электроэнергии по сравнению с традиционными способами управления двигателями. Например, если снизить рабочую частоту всего на 20% (с 50 до 40 Гц), то потребление электроэнергии уменьшится вдвое!

Читайте так же:
Не отключается синхронизация времени

Помимо энергосбережения преобразователи частоты увеличивают срок службы электродвигателя, повышают надежность всей системы, не требуют технического обслуживания.

7. Контролируйте температуру двигателя

Нормативный срок службы электродвигателя определяется допустимой температурой нагрева его изоляции. В современных двигателях применяется несколько классов изоляции, допустимая температура нагрева которых составляет:

  • Класс В — 130 °C,
  • Класс F — 155 °C,
  • Класс H — 180 °C.

Превышение допустимой температуры ведет к преждевременному разрушению изоляции и существенному сокращению срока его службы.

8. Следите за обмоткой электродвигателя

Здесь есть два варианта развития событий:

  • обрыв обмотки в треугольнике,
  • обрыв обмотки в звезде.

Рассмотрим каждый из них.

Обрыв обмотки в «треугольнике». Из практики известно, что оборванная обмотка никак не мешает нормальной работе электродвигателя. Оставшиеся две обмотки берут на себя всю мощность через подсоединение к сети по топологии «открытый треугольник». В результате двигатель набирает обороты, держит нагрузку, но происходит чрезмерный нагрев двух подключенных фаз. При относительно долгой эксплуатации асинхронного силового агрегата под нагрузкой на валу в таком неверном режиме включения происходит неминуемое выгорание задействованных обмоток статора.

Обрыв обмотки в «звезде». Обрыв обмотки статора в трехфазном электродвигателе, включенном в сеть по топологии «звезда», приводит к тому, что машина отказывается запускаться, если ее остановить. Двигатель греется, издает неприятный гул, вибрирует ротором, но не запускается. Обрыв обмотки приводит к тому, что не образуется вращающееся магнитное поле. Безусловно, двигатель можно запустить, но для этого необходимо предварительно раскрутить вал ротора. Естественно, возрастает электропотребление, шум, а также общий износ двигателя.

Единственно верное решение проблемы обрыва обмотки — это нахождение дефектной обмотки и ее перемотка. Любая скрутка, спайка внутри обмотки неприемлема. Лучше и надежнее перемотать всю обмотку, сохраняя число витков, а также сечение обмоточной проволоки.

9. Особое внимание — аварийный режим!

Многолетний опыт эксплуатации электродвигателей показал, что большинство существующих защит не обеспечивают безаварийную работу электродвигателя. Например, тепловые реле рассчитывают на длительную перегрузку 25-30% от номинальной. Но чаще всего они срабатывают при обрыве одной фазы при нагрузке 60% от номинальной. При меньшей нагрузке реле не срабатывает, электродвигатель продолжает работать на двух фазах и выходит из строя в результате перегрева изоляции обмоток.

Правильный выбор защитного устройства — это важный фактор в обеспечении безопасной эксплуатации электродвигателя. Приборы защиты электродвигателя от аварийных режимов можно разделить на несколько видов:

  • тепловые защитные устройства — тепловые реле, расцепители;
  • защитные устройства от сверхтоков — плавкие предохранители, автоматы;
  • термочувствительные защитные устройства — термисторы, термостаты;
  • защита от аварий в электросети — реле напряжения и контроля фаз, мониторы сети;
  • приборы МТЗ (максимальной токовой защиты), электронные токовые реле;
  • комбинированные устройства защиты.

При выборе релейной защиты проконсультируйтесь со специалистом.

10. Обращайте внимание на вибрацию и шум

Обращайте самое пристальное внимание на такие параметры электрической машины как вибрация и шум. Если они не в пределах нормы, то свидетельствуют о механической неисправности. Очень важно вовремя уловить данные изменения в работе машины, определить причины возникновения, и конечно же устранить их.

Если самостоятельно решить данный вопрос не получается, рекомендуем обращаться напрямую к производителям, обладающим необходимым оборудованием, и специалистам, регулярно решающими подобного рода задачи. Это сэкономит вам время и деньги!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector