Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое? График момента электродвигателя

Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?

Мощность и вращающий момент электродвигателя

Данная глава посвящена вращающему моменту: что это такое, для чего он нужен и др. Мы также разберём типы нагрузок в зависимости от моделей насосов и соответствие между электродвигателем и нагрузкой насоса.

Вы когда-нибудь пробовали провернуть вал пустого насоса руками? Теперь представьте, что вы поворачиваете его, когда насос заполнен водой. Вы почувствуете, что в этом случае, чтобы создать вращающий момент, требуется гораздо большее усилие.

А теперь представьте, что вам надо крутить вал насоса несколько часов подряд. Вы бы устали быстрее, если бы насос был заполнен водой, и почувствовали бы, что потратили намного больше сил за тот же период времени, чем при выполнении тех же манипуляций с пустым насосом. Ваши наблюдения абсолютно верны: требуется большая мощность, которая является мерой работы (потраченной энергии) в единицу времени. Как правило, мощность стандартного электродвигателя выражается в кВт.

Вращающий момент (T) - это произведение силы на плечо силы. В Европе он измеряется в Ньютонах на метр (Нм).

Как видно из формулы, вращающий момент увеличивается, если возрастает сила или плечо силы - или и то и другое. Например, если мы приложим к валу силу в 10 Н, эквивалентную 1 кг, при длине рычага (плече силы) 1 м, в результате, вращающий момент будет 10 Нм. При увеличении силы до 20 Н или 2 кг, вращающий момент будет 20 Нм. Таким же образом, вращающий момент был бы 20 Нм, если бы рычаг увеличился до 2 м, а сила составляла 10 Н. Или при вращающем моменте в 10 Нм с плечом силы 0,5 м сила должна быть 20 Н.

Работа и мощность

Теперь остановимся на таком понятии как «работа», которое в данном контексте имеет особое значение. Работа совершается всякий раз, когда сила - любая сила - вызывает движение. Работа равна силе, умноженной на расстояние. Для линейного движения мощность выражается как работа в определённый момент времени.

Если мы говорим о вращении, мощность выражается как вращающий момент (T), умноженный на частоту вращения (w).

Частота вращения объекта определяется измерением времени, за которое определённая точка вращающегося объекта совершит полный оборот. Обычно эта величина выражается в оборотах в минуту, т.е. мин-1 или об/мин. Например, если объект совершает 10 полных оборотов в минуту, это означает, что его частота вращения: 10 мин-1 или 10 об/мин.

Итак, частота вращения измеряется в оборотах в минуту, т.е. мин-1.

Приведем единицы измерения к общему виду.

Для наглядности возьмём разные электродвигатели, чтобы более подробно проанализировать соотношение между мощностью, вращающим моментом и частотой вращения. Несмотря на то, что вращающий момент и частота вращения электродвигателей сильно различаются, они могут иметь одинаковую мощность.

Например, предположим, что у нас 2-полюсный электродвигатель (с частотой вращения 3000 мин-1) и 4-полюсной электродвигатель (с частотой вращения 1500 мин-1). Мощность обоих электродвигателей 3,0 кВт, но их вращающие моменты отличаются.

Таким образом, вращающий момент 4-полюсного электродвигателя в два раза больше вращающего момента двухполюсного электродвигателя с той же мощностью.

Как образуется вращающий момент и частота вращения?

Теперь, после того, как мы изучили основы вращающего момента и скорости вращения, следует остановиться на том, как они создаются.

В электродвигателях переменного тока вращающий момент и частота вращения создаются в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем. Магнитное поле вокруг обмоток ротора будет стремиться к магнитному полю статора. В реальных рабочих условиях частота вращения ротора всегда отстаёт от магнитного поля. Таким образом, магнитное поле ротора пересекает магнитное поле статора и отстает от него и создаёт вращающий момент. Разницу в частоте вращения ротора и статора, которая измеряется в %, называют скоростью скольжения.

Скольжение является основным параметром электродвигателя, характеризующий его режим работы и нагрузку. Чем больше нагрузка, с которой должен работать электродвигатель, тем больше скольжение.

Помня о том, что было сказано выше, разберём ещё несколько формул. Вращающий момент индукционного электродвигателя зависит от силы магнитных полей ротора и статора, а также от фазового соотношения между этими полями. Это соотношение показано в следующей формуле:

Сила магнитного поля, в первую очередь, зависит от конструкции статора и материалов, из которых статор изготовлен. Однако напряжение и частота тока также играют важную роль. Отношение вращающих моментов пропорционально квадрату отношения напряжений, т.е. если подаваемое напряжение падает на 2%, вращающий момент, следовательно, уменьшается на 4%.

Потребляемая мощность электродвигателя

Ток ротора индуцируется через источник питания, к которому подсоединён электродвигатель, а магнитное поле частично создаётся напряжением. Входную мощность можно вычислить, если нам известны данные источника питания электродвигателя, т.е. напряжение, коэффициент мощности, потребляемый ток и КПД.

В Европе мощность на валу обычно измеряется в киловаттах. В США мощность на валу измеряется в лошадиных силах (л.с.).

Если вам необходимо перевести лошадиные силы в киловатты, просто умножьте соответствующую величину (в лошадиных силах) на 0,746. Например, 20 л.с. равняется (20 • 0,746) = 14,92 кВт.

И наоборот, киловатты можно перевести в лошадиные силы умножением величины в киловаттах на 1,341. Это значит, что 15 кВт равняется 20,11 л.с.

Момент электродвигателя

Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.

Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.

Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.

Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.

Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.

Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.

Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.

Блокировочный момент (Мблок): Максимальный вращающий момент - момент, который создаёт электродвигатель переменного тока с номинальным напряжением, подаваемым при номинальной частоте, без резких скачков скорости вращения. Его называют предельным перегрузочным моментом или максимальным вращающим моментом.

Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия - «постоянный вращающий момент» - подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» - эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения - мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения - велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность - кубу скорости вращения.

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

Соответствие электродвигателя нагрузке

Если нужно определить, отвечает ли вращающий момент определённого электродвигателя требованиям нагрузки, Вы можете сравнить характеристики скорости вращения/вращающего момента электродвигателя с характеристикой скорости вращения/ вращающего момента нагрузки. Вращающий момент, создаваемый электродвигателем, должен превышать потребный для нагрузки вращающий момент, включая периоды ускорения и полной скорости вращения.

Характеристика зависимости вращающего момента от скорости вращения стандартного электродвигателя и центробежного насоса.

Если мы посмотрим на характеристику , то увидим, что при ускорении электродвигателя его пуск производится при токе, соответствующем 550% тока полной нагрузки.

Когда двигатель приближается к своему номинальному значению скорости вращения, ток снижается. Как и следовало ожидать, во время начального периода пуска потери на электродвигателе высоки, поэтому этот период не должен быть продолжительным, чтобы не допустить перегрева.

Очень важно, чтобы максимальная скорость вращения достигалась как можно точнее. Это связано с потребляемой мощностью: например, увеличение скорости вращения на 1% по сравнению со стандартным максимумом приводит к 3%-ному увеличению потребляемой мощности.

Потребляемая мощность пропорциональна диаметру рабочего колеса насоса в четвертой степени.

Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса на 10% приводит к уменьшению потребляемой мощности на (1- (0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9)) * 100 = 34%, что равно 66% номинальной мощности. Эта зависимость определяется исключительно на практике, так как зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и от того, насколько вы уменьшаете диаметр рабочего колеса.

Время пуска электрдвигателя

Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.

Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:

tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке

n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке

Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.

Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.

Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.

Мизб можно рассчитать по следующим формулам:

Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.

Число пусков электродвигателя в час

Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.

Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.

Мощность и КПД (eta) электродвигателя

Существует прямая связь между мощностью, потребляемой электродвигателем от сети, мощностью на валу электродвигателя и гидравлической мощностью, развиваемой насосом.

При производстве насосов используются следующие обозначения этих трёх различных типов мощности.

P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов - это мощность, которую электродвигатель насоса получает от источника электрического питания. Мощность P! равна мощности P2, разделённой на КПД электродвигателя.

P2 (кВт) Мощность на валу электродвигателя - это мощность, которую электродвигатель передает на вал насоса.

Р3 (кВт) Входная мощность насоса = P2, при условии, что соединительная муфта между валами насоса и электродвигателя не рассеивает энергию.

Р4 (кВт) Гидравлическая мощность насоса.

www.eti.su

Выбор электродвигателя

Электродвигатель главная движущая сила электропривода. О том, какой электродвигатель выбрать для прямоходных механизмов рассказывается в этой статье

Вид электромеханизма

Тип двигателя в комплектации

ATL 10, BSA 10

АС 1-фазный, АС 3-х фазный, DS 24/12 B

с тормозом и без

ATL 20-25-30-40

BSA 20-25-30-40

АС 1-фазный, АС 3-х фазный, DS 24/12 B

с тормозом и без

ATL 50-63-80

BSA 50-63-80

АС 3-х фазный

с тормозом и без

UAL 0 UBA 0

DS 24 B 12 B с тормозом и без

UAL 1-2-3-4

UBA 1-2-3-4

АС 1-фазный, АС 3-х фазный, DS 24/12 B

с тормозом и без

Основные технических характеристики

Перед выбором электродвигателя важно понимать следующие физические характеристики:

Номинальная мощность - механическая мощность, измеряемая на валу, выражается в единицах измерения Ватт или КилоВатт. Однако в некоторой продукции мощность исчисляют лошадинными силами. Номинальное напряжение - напряжение, которое должно подаваться на клеммы электродвигателя, в соответсвии со спецификациями.

Статический крутящий момент (пусковой крутящий момент) - минимальный крутящий момент, который двигатель может обеспечить, с ротором при холостом ходе и при номинальной подаче напряжения частоты.

Промежуточный крутящий момент - минимальное значение крутящего момента, который развивается от питания двигателя с номинальным напряжением и частотой, от 0 об/мин до скорости, соответствующей максимальному крутящему моменту.

Максимальный крутящий момент - максимальный момент, который двигатель может развить во время эксплуатации с номинальной подачей напряжения и частоты.

Номинальный крутящий момент - крутящий момент соответствует номинальной мощности и номинальному количеству оборотов.

Номинальный крутящий момент рассчитывается по формуле:

Pn - номинальная мощность, кВт

n- номинальное количество оборотов, об/мин

Синхронная частота вращения, вычисляется по след. формуле:

f - подача частоты, Гцр - количество пар полюсов

Диаграмма крутящих моментов

Условия эксплуатации

Влажность - электрооборудование должно эксплуатироваться при относительной влажности от 30% до 90% (без конденсации)

Необходимо исключить негативные последствия от случайного конденсата с помощью защищенного корпуса электрооборудования или, если необходимо, посредством дополнительных мер (например, встроенного нагревательного оборудования или системы кондицинирования, дренажных отверстий).

Высота и температура указаные в каталоге мощности предназначены для регулярного использования на высоте ниже 1000 м. над уровнем моря и при комнатной температуре от +5 оС до +40оС для двигателей с номинальной мощностью ниже 0,6 кВт, или при температуре от -15 оС до 40 оС для двигателей с номинальной мощностью, равной или превышающей 0,6 кВт. При других условиях эксплуатации (большей высоте и или температуре) значения изменяются в соответсвии с коэффициентом, указанным на графике.

Двигатели трехфазные или однофазные имеют направление движения по часовой стрелке. Против часовой - по запросу.

Напряжение - Частота: максимальное изменение подачи напряжения +/-10%. С этим допуском двигатели подают номинальную мощность. При долгосрочной эксплуатации с данными ограничениями возможно повышение температуры на 10 градусов С. Стандартная обмотка рассчитана на напряжение 230/400В и частоту 50 Гц. По запросу возможны другие значения напряжения частоты. Частота вращения - крутящий момент: за исключением исполнения с четырьмя полюсами, двигатели имеют стандартное исполнение. Не рекомендуется использовать крутящие моменты выше номинального.

Обмотка статора выполняется из эмалированного медного провода (класс Н, 200 градусов), с измененными полиамидоэфирами полиамидами.Класс изоляции F имеет пропитку полимерами, что обеспечивает высокую степень защиты от электростатического напряжения и механических нагрузок. Обмотка плотная, без воздушных мешков и с высокой степенью теплопередачи. Другие материалы из которых делается массовое производство обмоток имеют класс изоляции В, но по запросу мы ставим класс Н.

Двигатели тропического и морского исполнения: высокая степень защиты, которая используется для моторов, эксплуатирующихся в условиях тропического климата с высокой степенью влажности и неблагоприятных условиях эксплуатации обмотка покрывается слоем высококачественого глицерофталика, который имеет превосходные защитные характеристики.

Марка	Фото	Тип	Напряжение и частота	Диапазон габаритов и мощностей	Примечания
М		Асинхронные трехфазные электродвигатели общепромышленного исполенения	В/Гц: 230/400/50 +/- 10%В В/Гц: 266/460/60 +/- 10%В Об/мин.: 3000/1500/1000/750	Габарит, мм: 50-160 Мощность, кВт: 0,02-18,7	Размеры 71-160 адаптированы для использования с регулятором частоты. Вентилятор на валу, класс защиты IP 55F
DP		Асинхронные трехфазные многоскоростные электродвигатели	В/Гц: 400/50 +/- 10%В Об./мин.: 3000/1500, 1500/1000, 1500/750, 3000/1000, 3000/750, 1000/750, 3000/750	Габарит, мм: 63-160 Мощность, кВт: 0,06-18,7	Вентилятор на валу электродвигателя, класс защиты IP55F
MQ		Асинхронные трехфазные электродвигатели с квадратным кожухом	В/Гц: 230/400/50 +/- 10%В В/Гц: 266/460/60 +/- 10%В Об./мин.:1500	Габарит, мм: 63-90 Мощность, кВт: 0,18-1,5	Размеры 80-90 адаптированны для использования с регулятором частоты. Вентилятор на валу, класс защиты IP55F
MM		Асинхронные однофазные электродвигатели с встроенным конденсатором	В/Гц: 230/50 +/- 5%В Об/мин.: 3000/1500/1000	Габарит, мм: 50-100 Мощность, кВт: 0,045 - 2,2	Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Поставка с встроенным или пристыкованным конденсатором.
MDC MDV		Асинхронные однофазные электродвигатели с центробежным выключателем с реле выключения подачи напряжения	В/Гц: 230/50 +/- 5%В Об./мин.:3000/1500/1000	Габарит, мм: 63-100 Мощность, кВт: 0,187 - 2,2	Принудительная вентиляция. Класс защиты IP55F. Поставка с встроенным или пристыкованным конденсатором. Центробежный выключатель. Встроенное реле подачи/отключения напряжения
MDE		Асинхронные однофазные электродвигатели с встроенным электронным реле	В/Гц: 230/50 +/- 5%В Об/мин: 3000/1500/1000	Габарит, мм: 63-100 Мощность, кВт: 0,187 - 2,2	Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Поставка с встроенным или пристыкованным конденсатором. Снабжены электронным пусковым реле.
МА		Асинхронные трехфазные электродвигатели с тормозом	В/Гц: 230/400/50 +/- 10%В В/Гц: 266/460/60 +/- 10%В Об/мин.: 3000/1500/1000/750	Габарит, мм: 55-160 Мощность, кВт: 0,02 - 18,7	Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.
MADP		Асинхронные трехфазные многоскоростные электродвигатели с тормозом	В/Гц: 400/50 +/- 10%В Об./мин.: 3000/1500, 1500/1000, 1500/750, 3000/1000, 3000/750, 1000/750, 3000/500	Габарит, мм: 63-160 Мощность, кВт: 0,06 - 18,7	Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.
MMA		Асинхронные однофазные электродвигатели с тормозом	В/Гц: 230/50 +/- 5%В Об/мин.: 3000/1500/1000	Габарит, мм: 50-100 Мощность, кВт: 0,09 - 2,2	Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.
MADV MADC		Асинхронные однофазные электродвигатели с центробежным выключателем с реле выключения подачи напряжения с тормозом	В/Гц: 230/50 +/- 5%В Об/мин.: 3000/1500/1000	Габарит, мм: 63-100 Мощность, кВт: 0,187 - 2,2	Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.
MADE		Ассинхронные однофазные электродвигатели с встроенным электронным реле с тормозом	В/Гц: 230/50 +/- 5%В Об/мин.: 3000/1500/1000	Габарит, мм: 63-122 Мощность, кВт: 0,187 - 2,2	Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.
MV		Электродвигатели с векторным управлением (Серводвигатели)	Однофазная сеть: В/Гц: 230/50-60 +/-10% В Трехфазная сеть: В/Гц: 400/50-60 +/-10% В Об/мин.: 3000	Габарит, мм: 63 - 160 Момент, Н*м: 2,6 - 42	Сохранение момента при частоте вращения от 0 до максимальной. Высокая точность позиционирования. Программирование через пульт или компьютер
MVC MVS		Электродвигатели с встроенными энкодерами	Однофазная сеть: В/Гц: 230/50-60 +/-10% В Трехфазная сеть: В/Гц: 400/50-60 +/-10% В Об/мин.: 3000	Габарит, мм: 63 - 160 Момент, Н*м: 2,6 - 160	Сохранение момента при частоте вращения от 0 до максимальной. Высокая точность позиционирования. Принудительная вентиляция
MII		Электродвигатели с встроенными регуляторами частоты вращения	Однофазная сеть: В/Гц: 230/50-60 +/- 10% В Трехфазная сеть: В/Гц: 400/50-60 +/-10% В Количество полюсов: 2/4/6	Габарит, мм: 71 - 112 Момент, кВт: 0,12 - 4	Недорогой вариант электродвигателя с частотным управлением. Принудительная вентиляция Встроенный тормоз, устройство тепловой защиты. Дистанционное управление.

Просмотров: 11612 | Дата публикации: Четверг, 13 июня 2013 05:41 |

www.servomh.ru

Вращающий момент асинхронного двигателя - fiziku5.ru

§ 93. ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фт, так и от силы тока в обмотке ротора I2. Однако в создании вращающего момента участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от силы тока в обмотке ротора I2, а только от его активной составляющей, т. е. I2 cos ψ2, где ψ2 — фазный угол между э. д. с. и током в обмотке ротора.

Таким образом, вращающий момент асинхронного двигателя определяется следующим выражением:

где С — конструктивная постоянная машины, зависящая от числа ее полюсов и фаз, числа витков обмотки статора, конструктивного выполнения обмотки и принятой системы единиц. При условии постоянства приложенного напряжения магнитный поток остается также почти постоянным при любом изменении нагрузки двигателя.

Таким образом, в выражении вращающего момента величины С и Фт постоянны и вращающий момент пропорционален только активной составляющей тока в обмотке ротора, т. е.

Изменение нагрузки или тормозного момента на валу двигателя изменяет и скорость вращения ротора и скольжения.

Изменение скольжения вызывает изменение как силы тока в роторе I2, так и ее активной составляющей I2 cos ψ2/

Можно силу тока в роторе определить отношением э. д. с. к полному сопротивлению, т. е.

где Z2, r2 и Х2 — полное, активное и реактивное сопротивления фазы обмотки ротора.

Изменение скольжения изменяет частоту тока ротора. При неподвижном роторе (n2=0 и S = 1) вращающееся поле с одинаковой скоростью пересекает проводники обмотки статора и ротора и частота тока в роторе равна частоте тока сети (f2=f1). При уменьшении скольжения обмотка ротора пересекается магнитным полем с меньшей частотой, так что частота тока в роторе уменьшается. Когда ротор вращается синхронно с полем (n2=n1 и S=0), проводники обмотки ротора не пересекаются магнитным полем, так что частота тока в роторе равна нулю f2=0. Таким образом, частота тока в роторе пропорциональна скольжению, т. е. f2=Sf1

Активное сопротивление обмотки ротора почти не зависит от частоты, тогда как э. д.с и реактивное сопротивление пропорциональны частоте, т. е. изменяются с изменением скольжения, и могут быть определены следующими выражениями:

где Е и X — э. д. с. и индуктивное сопротивление фазы обмотки неподвижного ротора соответственно.

Таким образом, имеем:

и вращающий момент

Следовательно, при небольших скольжениях (примерно до 20%), когда SХ мало по сравнению с r2, увеличение скольжения вызывает увеличение вращающего момента, так как при этом воз, растает активная составляющая тока в ротоке (I2соs ψ2). При больших скольжениях (SХ больше, чем r2) увеличение скольжения будет вызывать уменьшение вращающего момента. Таким образом, при больших скольжениях его увеличение хотя и увеличивает силу тока в роторе I2, но ее активная составляющая I2 соs ψ2 и, следовательно, вращающий момент уменьшаются вследствие значительного увеличения реактивного соя противления обмотки ротора.

На рис. 114 показана зависимость вращающего момента от скольжения. При некотором скольжении Sт (примерно 20%) двигатель развивает максимальный момент, который определяет перегрузочную способность двигателя и обычно в 2—3 раза превышает номинальный момент.

Устойчивая работа двигателя возможна только на восходящей ветви кривой зависимости момента от скольжения, т. е. при изменении скольжения в пределах от 0 до Sт. Работа двигателя на нисходящей ветви указанной зависимости, т. е. при скольжении S>Sт, невозможна, так как здесь не обеспечивается устойчивое равновесие моментов.

Если предположить, что вращающий момент был равен тормозному (Мвр=Мторм) в точках А и Б, то при случайном нарушении равновесия моментов в одном случае оно восстанавливается, а в другом не восстанавливается. Допустим, что вращающий момент двигателя почему-либо уменьшился (например, при понижений напряжения сети), тогда скольжение начнет увеличиваться. Если равновесие моментов было в точке А, то увеличение скольжения вызовет увеличение вращающего момента двигателя и он станет вновь равным тормозному моменту, т. е. равновесие моментов восстановится. Если же равновесие моментов было в точке Б, то увеличение скольжения вызовет уменьшение вращающего момента, который будет оставаться всегда меньше тормозного, т. е. равновесие моментов не восстановится и скорость вращения ротора будет непрерывно уменьшаться до полной остановки двигателя.

Если приложить к валу двигателя тормозной момент, больший максимального момента, то равновесие моментов не восстановится и ротор двигателя остановится.

Вращающий момент двигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения, так как пропорциональны напряжению как магнитный поток, так и сила тока в роторе. Поэтому изменение напряжения в сети вызывает значительное изменение вращающего момента.

§ 94. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимости скольжения S, числа оборотов ротора n2, развиваемого момента М, потребляемого тока I1, расходуемой мощности Р1, коэффициента мощности соs  и к. п. д. η от полезной мощности Р2 на валу машины. Эти характеристики (рис. 115) снимаются три естественных условиях работы двигателя, т. е. двигатель нерегулируемый, частота f1 и напряжение U1 сети остаются постоянными, а изменяется только нагрузка на валу двигателя.

При увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастет, причем при больших нагрузках скольжение увеличивается несколько быстрее, чем при малых.

При холостом ходе двигателя п2=n1 или S=0.

При номинальной нагрузке скольжение обычно составляет S = 3-5%.

Скорость вращения ротора

Так как при увеличении нагрузки на валу двигателя скольжение возрастает, то число оборотов будет уменьшаться. Однако изменение скорости вращения при увеличении нагрузки от 0 до номинальной очень незначительно и не превышает 5%. Поэтому скоростная характеристика асинхронного двигателя является жесткой — она имеет очень малый наклон к горизонтальной оси.

Вращающий момент, развиваемый двигателем М, уравновешен тормозным моментом на валу М2 и моментом, идущим на преодоление механических потерь М0, т. е.

где Р2 — полезная мощность двигателя,

2 — угловая скорость ротора.

При холостом ходе двигателя вращающий момент равен М0; с увеличением нагрузки на валу этот момент также увеличивается, причем за счет некоторого уменьшения скорости ротора увеличение вращающего момента происходит быстрее, чем увеличение полезной мощности на валу.

fiziku5.ru

Выражения момента асинхронного электродвигателя

Эквивалентная схема асинхронного электродвигателя, рассмотренная в предыдущей статье, дает возможность получить выражение электромагнитного момента, который развивает асинхронный электродвигатель. Мощность, которая потребляется электрической машиной из сети, будет расходоваться не только на полезную работу, но и потери в контуре намагничивания и в обмотках.

Поэтому выражение мощности будет иметь вид:

На основании формулы (1) можно получить такое уравнение:

В свою очередь мощность электромагнитную можно выразить и таким способом:

Из выше перечисленных уравнений можем получить значение электромагнитного момента:

Помножив знаменатель и числитель этого выражения на S2 и в целях упрощения вида уравнения примем значение Хк = Х1 + Х2/. Хк – сопротивление индуктивное асинхронного электродвигателя при коротком замыкании:

Для упрощения записи, как в равенстве (5), индекс «эм» будет пропускаться.

Момент электромагнитный асинхронной машины представляет собой довольно сложную функцию скольжения S. Для того, чтоб найти максимум момента асинхронной машины приравняем производную S нулю:

Производная станет равна нулю только в том случае, если стоящий в скобках числителя множитель равен будет нулю:

Или же:

Откуда можно выразить скольжение:

Sк называют критическим, так как при переходе S = Sк момент двигателя уменьшится. Это происходит из-за того, что при увеличении роторного тока (S > Sк) его активная часть не вырастет, а наоборот, уменьшится, что в свою очередь приведет к снижению момента.

Если Sк положительно – это режим работы двигательный, а если отрицательный – генераторный.

В асинхронных машин большой мощности r1 значительно меньше, чем Хк, и, как правило, лежит в пределах r1 = 0,1 – 0,12Хк. Поэтому величина r12 существенно мала, по сравнению Хк, и ею можно пренебречь без ущерба для точности:

Подставив положительные значения Sк (6) в выражение (5), найдем значение критического момента для двигательного режима:

Раскрыв скобки в знаменателе (8) и сократив дробь величине Мкд получим:

Для машин большой мощности для которых величиной r1 можно пренебречь выражение (9) примет вид:

Аналогичным образом получается значение критического момента для генераторного режима:

Отношение моментов генераторного и двигательного режимов работы АД:

Поделив числитель и знаменатель на и обозначив соотношение выражение (12) примет вид:

Также ε можно еще выразить как:

Так как асинхронные электродвигатели обычно имеют r1 ≈ r2/, то приближенно можем принять:

Из выражений (12) и (13) можно увидеть, что в генераторном режиме значение критического момента будет больше, чем в двигательном. Это объясняется влиянием падения напряжения в активном сопротивлении статорной обмотки.

Отношение момента электромагнитного, к его критическому значению в двигательном режиме Мдк = Мк, будет иметь вид:

Откуда выражаем:

Данное выражение представляет собой уточненное уравнение механической характеристики асинхронного электродвигателя.

Если принять, как это делалось выше, r1 = 0, то тогда ε = 0 и взамен (15) получим упрощенное уравнение для механической характеристики:

М, выраженный формулами (5), (15) и (16), является функцией скольжения S. Задаваясь различными значениями скольжения S можно построить механическую характеристику асинхронной машины.

Ниже показана механическая характеристика построенная по формуле (15):

Для машин асинхронных трехфазных с короткозамкнутым ротором общего применение мощностью 0,6 – 100 кВт соотношение должны лежать в пределах 1,7 – 2,2; причем большее значение соответствует большей скорости вращения ротора 3000 об/мин, а меньшее — 750 об/мин. Для машин мощность свыше 100 кВт должны иметь λм = 1,7 – 1,8. Для крановых и металлургических:

Уравнения (15) и (16) имеют значительное преимущество перед уравнением (5) в том, что нет необходимости знать параметры обмоток асинхронной машины и можно вести расчет по каталожным данным электродвигателя.

Но в каталожных данных значение критического скольжения не приводится и их приходится определять из соотношений (15) и (16), используя значения перегрузочных способностей машин λм.

Записав уравнение механической характеристики для Мном получим:

Использовав приближенное равенство ε ≈ Sк, получим:

Данное равенство можно представить в виде квадратного уравнения относительно Sк:

Решив его:

В электрических двигателях большой мощности ε ≈ 0 и уравнение для Sк будет иметь вид более простой:

В выражениях (17) и (18) перед корнем следует брать знак плюс, так как отрицательный знак соответствует нахождению точки Sном, Мном на механической характеристике в зоне где S>Sк. Практического применения данный случай не имеет, поэтому второе решение отбрасывается.

Приведенные выше механические характеристики (5), (15), (16) справедливы только при оговоренных выше ограничениях. Асинхронные электродвигатели имеющие фазный ротор имеют характеристики достаточно точно описываемые данными уравнениями. В машинах с короткозамкнутым ротором имеется процесс вытеснения тока в стержнях ротора. Следствием чего становится непостоянство их параметров и механические характеристики могут значительно отличатся от построенных по формулам (5), (15), (16). Однако от этого данные формулы (особенно (15), (16)) не теряют своего значения, так как благодаря своей простоте они позволяют производить многие расчеты и делать общие заключения о работе асинхронных машин. В случаях когда необходима большая точность применяют экспериментально снятые или специально рассчитанные механические характеристики.

В качестве примера ниже показаны механические характеристики некоторых типов электродвигателей с КЗ ротором:

elenergi.ru

Вращающий момент асинхронного электродвигателя

Вращающий момент асинхронного электродвигателя создается, как уже указывалось, за счет взаимодействия между вращающимся магнитным потоком статора и токами в обмотке ротора. Вполне понятно, что при отсутствии тока в обмотке ротора никакого момента создаваться не будет. Скольжение характеризует скорость вращения ротора относительно магнитного поля статора. От величины этой скорости зависит ток в роторе, а от тока—величина вращающего момента электродвигателя, который может быть вычислен по формуле (6). Но выражение (6), несмотря на свою простоту, не дает возможности выяснить влияние различных факторов на величину вращающего момента. Поэтому в курсе электротехники часто используют другое выражение:

где с — постоянная величина, зависящая от конструкции электродвигателя;

?1 —угловая скорость вращающегося магнитного поля.

Выражение (90) показывает, что вращающий момент пропорционален квадрату напряжения сети, в связи с чем даже небольшое уменьшение напряжения в питающей сети приводит к резкому снижению вращающего момента, что отрицательно сказывается на работе электродвигателя.

Кроме того, выражение (90) учитывает зависимость величины вращающего момента от активных и индуктивных сопротивлений электродвигателя, а также от скольжения.

Если обозначить (х1 + сх2) через х и выполнить несложные преобразования в формуле (90), то получим

Величинами r1 s и x2 s2 можно пренебречь, ввиду их малости. Тогда, до некоторого предела

Таким образом доказано, что с увеличением скольжения возрастает и момент электродвигателя.

Более точный анализ выражений (90) и (91) показывает, что момент с увеличением скольжения возрастает лишь до некоторого критического значения Мкрит (так называемый опрокидывающий момент), после чего начинается резкое его снижение.

Величина критического скольжения, при которой имеет место опрокидывающий момент,

Подставляя это выражение в уравнение (91), получим

В последних выражениях знак плюс относится к работе электродвигателя в режимах двигательном и торможения противовключением, а знак минус — к работе в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть. Очевидно, что критический момент в двигательном режиме меньше, чем в генераторном.

Зависимость М = f (s), построенная по уравнению (91), приведена на рис. 42, который показывает, что при трогании электродвигателя с места, когда скольжение s=1, начальный пусковой момент асинхронного электродвигателя невелик, что является его основным недостатком.

Выражения (93) и (94) показывают, что при изменении активного сопротивления роторной цепи величина опрокидывающего момента Мкрит не изменяется, меняется при этом лишь величина критического скольжения sкрит. Поэтому при различных активных сопротивлениях роторной цепи кривые М = f(s) имеют различный характер. Эти кривые показывают, что пусковой момент асинхронного электродвигателя с фазным ротором можно искусственным образом изменять, вводя различные активные сопротивления в

его роторную цепь. Таким же образом можно регулировать скорость электродвигателя, так как при изменении активного сопротивления роторной цепи меняется величина скольжения (рис. 43), а от скольжения, как показывает выражение (82), зависит число оборотов асинхронного электродвигателя.

vdvizhke.ru

Характеристики асинхронного электродвигателя, крутящий момент скольжения.

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.

Метод применяют, когда нужно остановить двигатель в течение очень маленького промежутка времени. Кинетическая энергия, накопленная во вращающейся нагрузке, рассеивается в качестве тепла. Также двигатель всё ещё получает энергию от статора, которая также рассеивается в виде тепла.

В результате двигатель производит много тепловой энергии. Для этого статор отключается от подачи, до того как двигатель войдёт в разрывающий режим. Если нагрузка, которой управляет двигатель, ускорит двигатель в том же направлении, что и направление его вращения, скорость двигателя может возрасти до уровня выше синхронной скорости.

В этом случае он ведет себя как асинхронный генератор, который поставляет электроэнергию в сеть электроснабжения, которая стремится замедлить двигатель до синхронной скорости, в этом случае двигатель останавливается. Этот тип разрывающего принципа зовётся динамическим или регенерирующим разрыванием.

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, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

elektronchic.ru

Расчет мощности и вращающего момента на валу двигателя

Для расчета мощности, кВт, и вращающего момента, Н·м, на валу двигателя следует пользоваться формулами:

вращательное движение;;

подъем груза

;

привод вентилятора

где κ — коэффициент, учитывающий действие противовеса;v — скорость подъема груза, м/с;Q — расход воздуха, м³/с;р — давление на выходе вентилятора, Па;g — ускорение свободного падения, м/с²;η — КПД вентилятора, подъемника;m — масса, кг;n — частота вращения об/мин.

Полученные значения следует увеличить до ближайшего каталожного значения.

Двигатели эксплуатируются в самых разнообразных режимах.Учет режима работы имеет большое значение при подборе двигателя. Мощности двигателей, указанные в каталогах, приведены для режима S1 и нормальных условий работы, кроме двигателей с повышенным скольжением.

Если двигатель работает в режиме S2 или SЗ, он нагревается меньше, чем в режиме S1, и поэтому он допускает большую мощность на валу. При работе в режиме S2 допустимая мощность может быть повышена на 50 % при длительности нагружения 10 мин, на 25 % — при длительности нагружения 30 мин, на 10% — при длительности нагружения 90 мин. Для режима SЗ рекомендуются двигатели с повышенным скольжением.

Подробнее, о номинальных данных электрических машин, здесь.

Источник: Кравчик А.Э. и др. Выбор и применение асинхронных двигателей.

Помощь студентам

electrichelp.ru

Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое? График момента электродвигателя