Mio-tech-service.ru

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

Энергетические характеристики асинхронного двигателя

Расчетные формулы основных параметров асинхронных двигателей

Систему уравнений АД представим записанной в форме Коши,
одновременно заменяя токи обмоток через функции потокосцеплений.

Или, подставляя выражения для токов, получаем:

Подставляем полученные значения токов и момента в уравнения и,
обозначая D1
= L1L2L2m, получаем:

Последние уравнения можно рассматривать как уравнения состояния
АД. В качестве переменных состояния здесь выступают проекции потокосцеплений на
ортогональные оси и угловая частота вращения ротора. Внешними воздействиями на
двигатель являются напряжения статора и момент сил сопротивления.

Эти уравнения нелинейны (содержат произведения переменных
состояния) и решения в общем виде не имеют. Переходные процессы АД обычно
исследуют моделированием на ЭВМ.

Влияние эксцентриситета ротора на энергетические характеристики асинхронного двигателя

РубрикаПроизводство и технологии
Видстатья
Языкрусский
Дата добавления19.12.2017
Размер файла173,2 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние эксцентриситета ротора на энергетические характеристики асинхронного двигателя

Одна из основных проблем эксплуатации асинхронных двигателей (АД) — эксцентриситет ротора (Э). Он образуется при нарушении соосности внешних поверхностей магнитопроводов ротора и статора.

Согласно статистике, повреждения асинхронных двигателей распределяются так, как показано на рис. 1. Самой частой механической неисправностью асинхронного двигателя является эксцентриситет ротора. Он может возникнуть по различным причинам как во время эксплуатации, так и после некачественного ремонта [3].

Рисунок 1. Виды повреждений асинхронных двигателей

эксцентриситет ротор асинхронный двигатель

При его наличии ухудшаются характеристики АД, уменьшается срок службы и увеличивается потребление электрической энергии. Ущерб от перерасхода электроэнергии за год в таком режиме по статистическим данным может превышать стоимость самого АД. По данным различных источников на эксцентриситет приходится от 20 до 40% отказов АД. Существует различные методы диагностики эксцентриситета ротора асинхронных двигателей, например, основанные на анализе вибраций, электромагнитных и электрических параметров [1].

В качестве примера рассмотрим влияние эксцентриситета ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя на его энергетические характеристики.

Влияние эксцентриситета на добавочные потери может быть выражено следующим образом [2]:

Для анализа взят АД с короткозамкнутым ротором мощностью 15 кВт для электропривода центробежного вентилятора. Согласно расчетам, исследуемый АД имеет: номинальный воздушный зазор d=0,5 эксцентриситет изменяется от e=(0ч45). Также принимается допущение, что все потери, кроме добавочных = const, и их сумма равна 1966 Вт, Pдоб=84 Вт.

КПД АД определяется выражением (3).

На рис. 1 и 2 приводятся зависимости h(e) и Рдоб (e), из которых видно, что при росте Э, снижается КПД и увеличиваются потери.

Рисунок 2. Зависимость добавочных потерь от эксцентриситета Рдоб(e)

Рисунок 3. Зависимости КПД асинхронного двигателя от эксцентриситета h(e)

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о том, что при наличии эксцентриситета ухудшаются энергетические характеристики АД. Например, при наличии эксцентриситета e=0,35, добавочные потери увеличились в 2,7 раза, а КПД соответственно уменьшился на 1%. При дальнейшем увеличении e до 0,45, наблюдается резкое увеличение добавочных потерь и падение КПД.

Таким образом, диагностика АД является очень важной процедурой для обеспечения нормальной и безопасной эксплуатации.

Список литературы

1. Исмагилов Ф.Р., Афанасьев Ю.В., Стыскин А.В. Исследование влияния технологическихфакторов на характеристики электрических машин: Лабароторный практикум по дисциплине «Технология изготовления ЭМУ и ЭМПЭ»/Уфимск. гос. авиац. техн. уни-т; Уфа, 2008-32 с.

2. Крюкова Е.В. Совершенствование методов диагностики эксцентриситета ротора в асинхронных двигателях [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. доктора философии / Крюкова Елена Викторовна; Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова. — Павлодар, 2014. — 10 с.

3. Прудников А.Ю., В.В, Боннет, А.Ю. Логинов. Метод определения эксцентриситета ротора асинхронного двигателя. [Повреждения асинхронных двигателей]/ А.Ю. Прудников, В.В, Боннет, А.Ю. Логинов. / Вестник Красноярского государственного аграрного университета. — 2015 — 68 с.

Читать еще:  Smart fortwo тюнинг двигателя

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Рабочие характеристики асинхронного двигателя, определение его размеров, выбор электромагнитных нагрузок. Расчет числа пар полюсов, мощности двигателя, сопротивлений обмоток ротора и статора, магнитной цепи. Механические и добавочные потери в стали.

курсовая работа [285,2 K], добавлен 26.11.2013

Проектирование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 4А климатического исполнения «У3». Расчет геометрических размеров сердечников и обмоток. Магнитное напряжение зубцового слоя ротора и ярма статора, их индуктивные сопротивления.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 14.06.2009

Расчет упругих и инерционных характеристик ротора. Характеристики диска и ротора. Определение области допустимых значений податливостей опор. Ограничение, накладываемое на первую критическую частоту вращения. Расчет форм модели «жесткого» ротора.

курсовая работа [715,4 K], добавлен 28.03.2016

Способ составления уравнения движения для жесткого ротора. Влияние на частоты колебаний ротора жесткостей горизонтальных и вертикальных опор. Рассмотрение прямой задачи по определению собственных частот колебаний ротора, ее программная реализация.

курсовая работа [682,5 K], добавлен 28.10.2013

Расчет главных размеров трехфазного асинхронного двигателя. Конструирование обмотки статора. Расчет воздушного зазора и геометрических размеров зубцовой зоны ротора. Параметры асинхронного двигателя в номинальном режиме. Тепловой и вентиляционный расчет.

курсовая работа [927,5 K], добавлен 26.02.2012

Создание серии высокоэкономичных асинхронных двигателей. Выбор главных размеров. Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора, ротора и магнитной цепи. Параметры рабочего режима. Составление коллекторного электродвигателя постоянного тока.

курсовая работа [218,0 K], добавлен 21.01.2015

Расчет схемы замещения трехфазного трансформатора, параметров механической характеристики асинхронного электродвигателя. Зависимость частоты вращения ротора и электромагнитного момента электродвигателя от скольжения. Угловая частота вращения ротора.

контрольная работа [118,4 K], добавлен 09.02.2012

Принцип работы асинхронной машины

Подавая напряжение на обмотку статора, по каждой фазе можно наблюдать изменяющиеся магнитные потоки, которые по отношению друг к другу смещены на 120 градусов. Общий результирующий поток получается вращающимся и создает ЭДС внутри проводников ротора.

Там появляется ток, который во взаимодействии с результирующим потоком создает пусковой момент. Это приводит к вращению ротора.

Возникает скольжение S, т. е. разность между частотой вращения самого ротора n2 и частотой магнитного поля статора n1. Первоначально оно равно 1. Впоследствии частота возрастает, разность n1 – n2 уменьшается. Это ведет к уменьшению вращающего момента.

На холостом ходу скольжение минимально. Оно достигает критического значения Sкр, когда увеличивается статический момент. Превышение Sкр ведет к нестабильной работе машины.

Связь мощности и крутящего момента

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

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

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

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

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

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

Число полюсов, N

Скорость, об/мин

Читать еще:  Двигатель 220 вольт 2850 оборотов

Крутящий момент,
л. с. / фут-фунт

Частота вращения ротора

Для вычисления этого параметра электродвигателей нам понадобится частота переменного тока и количество оборотов в минуту при оптимальной нагрузке. Пусть в паспортной табличке указаны следующие данные: частота тока составляет 50 Гц, а количество оборотов – 2800.

Переменный ток создает магнитное поле, которое имеет частоту 50*60=3000 оборотов в секунду. Известно, что электродвигатель асинхронный, а это означает, что наблюдается отставание от номинальной частоты вращения на некоторую величину. Назовем ее скольжением и обозначим за s.

Величина скольжения определяется следующей формулой: s = ((3000 – 2800) / 3000) * 100% = 6,7%.

Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе

Частотник в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.

Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.

Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток). Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных систем управления позволило различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.

Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты.

Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации. Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением

неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора.

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

Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.

Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Mс . При постоянном моменте нагрузки Mс=const напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:

Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид:

При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:

Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.

Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах

Применение регулируемого электропривода обеспечивает энергосбережение и позволяет получать новые качества систем и объектов. Значительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет регулирования какого-либо технологического параметра. Если это транспортер или конвейер, то можно регулировать скорость его движения. Если это насос или вентилятор – можно поддерживать давление или регулировать производительность. Если это станок, то можно плавно регулировать скорость подачи или главного движения.

Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора.

Читать еще:  Автосигнализация starline дистанционный запуск двигателя

Перспективность частотного регулирования наглядно видна из рисунка 1

Таким образом, при дросселировании поток вещества, сдерживаемый задвижкой или клапаном, не совершает полезной работы. Применение регулируемого электропривода насоса или вентилятора позволяет задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снизит потери транспортируемого вещества.

Структура частотного преобразователя

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

Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в нем в напряжение постоянного тока. Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей. Каждая обмотка электродвигателя подключается через соответствующий ключ к положительному и отрицательному выводам выпрямителя. Инвертор осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в трехфазное переменное напряжение нужной частоты и амплитуды, которое прикладывается к обмоткам статора электродвигателя.

В выходных каскадах инвертора в качестве ключей используются силовые IGBT-транзисторы. По сравнению с тиристорами они имеют более высокую частоту переключения, что позволяет вырабатывать выходной сигнал синусоидальной формы с минимальными искажениями.

Принцип работы преобразователя частоты

Преобразователь частоты состоит из неуправляемого диодного силового выпрямителя В, автономного инвертора , системы управления ШИМ, системы автоматического регулирования, дросселя Lв и конденсатора фильтра Cв (рис.2). Регулирование выходной частоты fвых. и напряжения Uвых осуществляется в инверторе за счет высокочастотного широтно-импульсного управления.

Широтно-импульсное управление характеризуется периодом модуляции, внутри которого обмотка статора электродвигателя подключается поочередно к положительному и отрицательному полюсам выпрямителя.

Длительность этих состояний внутри периода ШИМ модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя, вследствие их фильтрующих свойств, текут синусоидальные токи.

Таким образом, форма кривой выходного напряжения представляет собой высокочастотную двухполярную последовательность прямоугольных импульсов (рис. 3). Частота импульсов определяется частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов в течение периода выходной частоты АИН промодули-рована по синусоидальному закону. Форма кривой выходного тока (тока в обмотках асинхронного электродвигателя) практически синусоидальна.

Регулирование выходного напряжения инвертора можно осуществить двумя способами: амплитудным (АР) за счет изменения входного напряжения Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения программы переключения вентилей V1-V6 при Uв = const.

Второй способ получил распространение в современных преобразователях частоты благодаря развитию современной элементной базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы). При широтно-импульсной модуляции форма токов в обмотках статора асинхронного двигателя получается близкой к синусоидальной благодаря фильтрующим свойствам самих обмоток.

Такое управление позволяет получить высокий КПД преобразователя и эквивалентно аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения. Современные инверторы выполняются на основе полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов – запираемых GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов с изолированным затвором. На рис. 2.45 представлена 3-х фазная мостовая схема автономного инвертора на IGBT-транзисторах.

Она состоит из входного емкостного фильтра Cф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными встречно-параллельно диодами обратного тока D1-D6.

За счет поочередного переключения вентилей V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления, постоянное входной напряжение Uв преобразуется в переменное прямоугольно-импульсное выходное напряжение. Через управляемые ключи V1-V6 протекает активная составляющая тока асинхронного электродвигателя, через диоды D1-D6 – реактивная составляющая тока.

И – трехфазный мостовой инвертор;
В – трехфазный мостовой выпрямитель;
Сф – конденсатор фильтра;

Как производятся расчеты

Для того чтобы вычислить частоту вращения двигателя следует воспользоваться определенной нам ранее формулой скольжения:

И выразить из нее скорость вращения ротора:

В качестве примера возьмем двигатель модели АИР71А4У2 мощностью в 550 Вт с 4 парами полюсов и частотой вращения ротора 1360 об/мин.

При питании от сети с частотой 50 Гц статор будет вращаться со скоростью:

Таким образом, величина скольжения электродвигателя составляет:

И, наконец, прекрасное, хотя и устаревшее, видео рекомендуемое всем для одноразового просмотра.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector