| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Оборудование / / Электродвигатели. Электромоторы. / / Синхронные скорости вращения асинхронных электродвигателей в зависимости от частоты (10-100 Гц) и числа полюсов (2-12), Таблица и формула для расчета. Поделиться:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Сравнительный анализ методов оценки скорости вращения ротора асинхронного двигателя по спектру потребляемого тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
2. Афоничев, Н. Ю., Определение оптимального маршрута перевозки грузов: Учебное пособие [Текст] / Н. Ю. Афоничев / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 2010. — 74 с.
3. Кульгин, М. Технология корпоративных сетей. Энциклопедия [Текст] / М. Кульгин. -СПб: Питер, 2000. — 704 с.
4. Лукинский, В. С. Модели и методы теории логистики [Текст] / В. С. Лукинский. -СПб: Питер, 2008. — 448 с.
5. Миротин, Л. Б. Транспортная логистика: Учебник для транспортных вузов [Текст] / Л. Б. Миротин. — М.: Экзамен, 2003. — 512 с.
6. Никифоров, В. С. Мультимодальные перевозки и транспортная логистика: Учебное пособие [Текст] / В. С. Никифоров. — М.: ТрансЛит, 2007. — 272 с.
7. Шахов, В. Г. Определение оптимального маршрута перевозки грузов: [Текст] / В. Г. Шахов, Н. Ю. Афоничев / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 2013.
8. Алгоритм Дейкстры, Флойда, Беллмана — Форда [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/12181/1174/lecture/25268?page=3.
9. Алгоритмы Беллмана — Форда, Иена, волновой алгоритм [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://algolist.manual.ru/maths/graphs/shortpath/.
References
1. Afonichev N. Iu., Volkova V. K. Determining the optimal route of transportation of goods [Opredelenie optimal’nogo marshruta perevozki gruzov]. Rossiia molodaia: peredovye tekhnologii v promyshlennost’ — Young Russia: advanced technology in the industry, 2015, no. 3. — 5 p.
2. Afonichev N. Iu. Opredelenie optimal’nogo marshruta perevozki gruzov: Uchebnoe posobie (Determination of the optimal route of transportation of cargo: Textbook). Omsk, 2010, 74 p.
3. Kul’gin M. Tekhnologiia korporativnykh setei. Entsiklopediia (Corporate networks Technology. Encyclopedia). SPb.: Piter, 2000, 704 p.
4. Lukinskii V. S. Modeli i metody teorii logistiki (Models and methods of logistics theory). SPb.: Piter, 2008, 448 p.
5. Mirotin L. B. Transportnaia logistika: Uchebnik dlia transportnykh vuzov (Transport Logistics: Textbook for high schools transport). Moscow: Ekzamen Publ., 2003, 512 p.
6. Nikiforov V. S. Mul’timodal’nye perevozki i transportnaia logistika: Uchebnoe posobie (Multimodal transportation and transport logistics: Textbook). Moscow: TransLit Publ., 2007, 272 p.
7. Shakhov V. G., Afonichev N. Iu. Opredelenie optimal’nogo marshruta perevozki gruzov: Elektronnoe uchebnoe posobie (Determining the optimal route of transportation of goods: electronic textbooks). Omsk, 2013.
8. Algoritm Deikstry, Floida, Bellmana-Forda [Elektronnyi resurs] / Rezhim dostu-pa: http://www.intuit.ru/studies/courses/12181/1174/lecture/25268?page=3
http://www.intuit.ru/studies/courses/12181/1174/lecture/25268
9. Algoritmy Bellmana-Forda, Iena, volnovoi algoritm [Elektronnyi resurs] / Re-zhim dostupa: http://algolist.manual.ru/maths/graphs/shortpath/
УДК 621.313
А. В. Скляр, С. Н. Чижма
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО СПЕКТРУ ПОТРЕБЛЯЕМОГО ТОКА
В статье приводятся два метода оценки угловой скорости вращения ротора асинхронного двигателя, использующие особые спектральные компоненты, порождаемые конструкцией двигателя. Выполнив поиск этих компонентов, можно оценить скольжение ротора. Целью работы является сравнение представленных мето-
■Е ИЕ ИЗВЕСТИЯ Транссиб а 81
дов при различных нагрузках двигателя и определение наиболее точного метода. Результатом работы является создание алгоритма программного модуля для оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя, который может применяться для различных практических задач, где требуется точное определение угловой скорости вращения, однако или нет доступа к движущимся частям для установки датчика оборотов, или применение датчиков оборотов нежелательно.
В настоящее время приобретает широкое распространение метод электромониторинга, который для определения дефектов двигателя использует спектр тока статора. Данный метод нашел применение в атомной и нефтяной отраслях, однако исследований использования этого метода для нужд железной дороги ранее не проводилось. Тем не менее широкое использование асинхронных двигателей в качестве вспомогательных машин подвижного состава, тяговых асинхронных двигателей и статистика отказов оборудования обусловливают применение электромониторинга и в области железнодорожного транспорта.
За последнее время были разработаны методы определения частоты вращения асинхронных двигателей по току статора. Их можно разделить на две группы [1]: методы, использующие математическую модель двигателя, и методы, использующие анализ компонентов спектра напряжения или тока двигателя.
Методы, основанные на математической модели, дают преимущества в скорости обработки данных, но требуют большого количества параметров двигателя. Кроме того, необходимо измерение как тока, так и напряжения [2].
Методы, основанные на спектральном анализе, не зависят от электромагнитных параметров двигателя и требуют только измерения тока или напряжения, однако при использовании таких методов необходимо большое количество вычислений. Наиболее распространены методы, использующие 2-преобразование, быстрое преобразование Фурье и его разновидности, преобразование Гильберта. Сравнение этих методов дано в работах [3, 4].
Часто бездатчиковые оценки частоты вращения используются в системах электроприводов [5]. В источнике [6] описывается способ оптимальной оценки частоты вращения ротора, основанный на измерении текущих значений токов и напряжений статора, вычисляется значение реактивной мощности и применяется пропорционально-интегральное преобразование на основе минимизации критерия качества, определяемого по сохраненным ранее двум предыдущим значениям оценки частоты вращения и разности значений прямого и косвенного вычислений реактивной мощности. В некоторых работах для получения значения частоты вращения двигателя используются искусственные нейронные сети [7, 8]. В работе [9] представлены исследование и разработка наблюдателя угловой скорости для асинхронных электродвигателей по схеме ТРН-АД. В патенте [10] предлагается способ оценки частоты вращения погружных насосов с помощью измерения тока одной из фаз: трансформируют трансформатором тока частотную последовательность импульсов фазного тока и синусоидальный ток, потребляемый погружным электродвигателем от трехфазного питающего напряжения; выделяют нужную частотную последовательность импульсов напряжения, которая создается из-за влияния магнитов, расположенных особым образом. 1+—
V
p
(2)
Формула (2) используется для вычисления динамического эксцентриситета, который всегда присутствует в асинхронном двигателе из-за его конструктивных особенностей. Однако величина эксцентриситета может варьироваться в пределах 10 % от номинального зазора [13], поэтому амплитуда гармоник может существенно отличаться для различных двигателей даже одной марки. Производители обычно стремятся уменьшить величину эксцентриситета двигателя, поэтому предложенный способ может давать неверную интерпретацию, если необходимые спектральные компоненты будут иметь малую амплитуду. Однако проведем исследование этого метода с целью определения его возможностей.
С помощью выражения (2) можно производить оценку частоты вращения ротора, если учитывать тот факт, что скольжение обычно составляет от 0 до 0,08.
Lh = /г R-±1 . (4)
V Р J
Формула (4) используется для расчета пазовых гармоник [7].
Пазовая гармоника вызывается особенностями конструктивного исполнения электрической машины переменного тока, у которой на статоре и на роторе обмотка всегда укладывается в пазах. При вращении ротора в зазоре двигателя возникает периодическое чередование ферромагнитных пазов статора и ротора. Это приводит к модуляции магнитного потока в зазоре частотой, связанной с количеством пазов на роторе и статоре электрической машины [14].
Для оценки скорости с применением пазовых гармоник необходимо знать число пазов ротора, которое можно получить из документации на двигатель либо попытаться определить их по спектру тока, как предложено в работе [11].
Сравним эти два метода на примере оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя, работающего при различных значениях нагрузки на валу.
Для проведения опытов была создана экспериментальная установка. За основу была взята конструкция, описанная в статье [12], однако она претерпела определенные изменения. Установка состоит из асинхронного двигателя M2 АИРМ63В4У3, характеристики которого приведены в таблице 1, и генератора M1 постоянного тока, нагруженного на реостат R. Генератор и двигатель соединены гибкой муфтой. Частота вращения ротора измеряется с помощью датчика Холла. Сигнал тока статора снимается с помощью токовых клещей Fluke i5s,
установленных на одной из фаз АД. Оцифровку преобразованного сигнала тока выполняет система сбора данных фирмы Ь-Сагё ЬТЯ-Еи-2 с модулем АЦП ЬТЯ22. Частота дискретизации во всех опытах составляет 78,125 кГц. Спектр тока получен с помощью программного обеспечения ЬОгарЬ2 фирмы Ь-Сагё.
Таблица 1 — Технические характеристики двигателя АИРМ63В4У3
Параметр Значение
Номинальная мощность АД, кВт 0,37
Синхронная частота вращения, об/мин 1500
Число пар полюсов 2
Количество пазов ротора 30
Схема испытания приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 — Схема опыта для оценки частоты вращения двигателя: Я — реостат; ДО — датчик оборотов; ПК — персональный компьютер; АЦП — аналого-цифровой преобразователь
Для примера оценки частоты вращения ротора методом поиска гармоник эксцентриситета рассмотрим спектр тока двигателя АИРМ63В4У3, работающего на холостом ходу.
Частота вращения ротора пг, измеренная датчиком оборотов, составляет 1492,1 об/мин. Используя формулу (2), вычислим частоту гармоник эксцентриситета:
./¿Ж яеИ 501 1
1 — 0,00527
— 25,132 Гц;
.ГиБ,,„ — 50 1 + 1 = 74,868 Гц.
На рисунке 2 приведен участок спектра тока статора в диапазоне расположения частот эксцентриситета. Можно увидеть пики амплитуд около рассчитанных частот. Небольшое несоответствие объясняется нестабильностью частоты питающей сети и, как следствие, вращения ротора, а также погрешностью измерений.
Рисунок 2 — Спектр тока статора при частоте вращения 1492,1 об/мин
84 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С
Теперь изменим частоту вращения ротора с помощью уменьшения сопротивления реостата генератора. Новая частота вращения составляет 1468,8 об/мин. Соответственно частота гармоник эксцентриситета будет рассчитываться так:
/ьВБ _ яек
УшБ яек
= 50Г _ 1 -0.0208V25>52Гц.
( 1 — 0.0208 1 = 501 1 +-.-1 = 74.48 Гц.
На рисунке 3 приведен спектр тока статора для этого случая. Как мы видим, гармоники, связанные с эксцентриситетом зазора, сместились на 0,388 Гц друг к другу, что соответствует новой частоте вращения двигателя.
1 1 1 1 1 1 1 1 III мм 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 мм III 1 1 1 1 III —мм 1 1 1 1 III III
25.55 Г Ц 7 4.45 Гц 1
11 1 1
1 У, 1 1 1 Л
1 чрт V ш тт
И Г(п 111 1 IV1 I 1 т 1 || Г'[г Iг
-20.0 -40.0 -60.0 -В0.0 -100.0 -120.0 -140.0 -16:.:
ВО
= 7Е
50 43 7Е
5=7Е
33 7Е 100
Рисунок 3 — Спектр тока статора при частоте вращения 1466,6 об/мин
В таблице 2 приведены результаты измерения частоты эксцентриситета для других значений нагрузки испытуемого двигателя.
Таблица 2 — Результаты измерения частот эксцентриситета
Мощность Измеренная Скольжение Нижняя вы- Верхняя Нижняя изме- Верхняя изме-
нагрузки, частота численная вычисленная ренная боковая ренная боковая
Вт вращения, боковая час- боковая час- частота эксцен- частота эксцен-
об/мин тота эксцентриситета, Гц тота эксцентриситета, Гц триситета, Гц триситета, Гц
0 1492,1 0,00527 25,132 74,868 25,17 74,85
21,14 1487,5 0,00833 25,208 74,792 25,22 74,81
42,517 1483,2 0,0112 25,28 74,72 25,25 74,78
63,116 1479,3 0,0138 25,345 74,655 25,31 74,69
87,932 1474,5 0,017 25,425 74,575 25,47 74,61
109,497 1468,8 0,0208 25,52 74,48 25,55 74,45
Теперь проведем оценку частоты вращения ротора методом поиска пазовых гармоник.ИИЗВЕСТИЯ Транссиб а 85
/ж = 501 301 в’0223-1| = 683,275 Гц;
с
/и5В гЬ 50
1 — 0,0223
30
V 2
+1 = 783,275 Гц.
Рисунок 4 — Спектр тока статора при частоте вращения 1492,4 об/мин
На рисунке 5 приведен спектр тока статора для этого случая. Как мы видим, пазовые гармоники сместились на 12,923 Гц влево, что соответствует новой скорости вращения двигателя.
Рисунок 5 — Спектр тока статора при частоте вращения 1466,6 об/мин
В таблице 3 приведены результаты измерения частоты пазовых гармоник для других значений нагрузки испытуемого двигателя.
Таблица 3 — Результаты измерения пазовых гармоник
Мощность Измеренная Скольжение Нижняя вы- Верхняя вы- Нижняя изме- Верхняя изме-
нагрузки, частота численная бо- численная ренная боковая ренная боковая
Вт вращения, ковая частота боковая час- частота пазо- частота пазо-
об/мин пазовой гармо- тота пазовой вой гармоники, вой гармоники,
ники, Гц гармоники, Гц Гц Гц
0 1491,2 0,0059 695,60 795,60 695,52 795,51
21,38 1487,4 0,0084 693,70 793,70 693,74 793,72
43,974 1483,1 0,0113 691,55 791,55 691,54 791,53
63,364 1479,3 0,0138 689,65 789,65 689,62 789,61
88,101 1472,6 0,0183 686,30 786,30 686,33 786,32
109,634 1467,3 0,0218 683,65 783,65 683,72 783,71
Сравним между собой точность приведенных методов. Результаты полученных скоростей движения ротора для обоих методов и погрешность оценки приведены в таблице 4.
Сравнивая оба метода оценки скорости вращения, можно сделать следующие замечания. Гармоники, отвечающие за эксцентриситет ротора, являются низкочастотными, и их не всегда удается четко выделить в спектре тока статора. По сравнению с ними пазовые гармоники являются высокочастотными, и их легко отделить на фоне общего шума. Очевидно, что
86 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 С
■ I = 2иПО
формула (4) будет давать более точные значения скольжения, чем (2), в Я раз, особенно при нестабильной частоте вращения ротора. При использовании метода оценки, основанного на влиянии эксцентриситета на ток статора, изменение частот гармоник при изменении частоты вращения данного двигателя на 1 об/мин составляет 0,0167 Гц. Это является причиной получения спектров с более высоким разрешением, что увеличивает время съема данных. В свою очередь при оценке методом, основанным на появлении пазовых гармоник в спектре тока статора, изменение частоты этих гармоник при изменении частоты вращения двигателя на 1 об/мин составляет 0,5 Гц. Иначе говоря, этот метод более чувствителен к изменению угловой скорости.
Таблица 4 — Сравнение результатов опытов
Способ оценки скорости Измеренная датчиком оборотов частота вращения, об/мин Оценка частоты вращения, об/мин Относительная погрешность, %
Поиск частотных ком- 1492,1 1490,4 0,00114
понентов динамического 1487,5 1487,7 0,000135
эксцентриситета 1483,2 1485,9 0,00182
1479,3 1481,4 0,00142
1474,5 1474,2 0,000204
1468,8 1467 0,00123
Поиск частотных ком- 1491,2 1491,03 0,000114
понентов зубцовопазо- 1487,4 1487,46 0,0000403
вых гармоник 1483,1 1483,07 0,0000202
1479,3 1479,23 0,0000473
1472,6 1472,65 0,000034
1467,3 1467,43 0,0000886
На основании описанных выше экспериментов можно разработать алгоритм для оценки скорости вращения ротора асинхронного двигателя по спектру тока его статора методом поиска пазовых гармоник.
Л тах — 1
/1
Л
Р
1 —
— /ЬЗБ „к < /
(
У
Л
1
Л
Л—1
V Р У
тах |
Р У
(
— /иЗБ тик < /
ЛI +1 Р
Л
(5)
(6)
Допустим, нам известно, что при максимальной нагрузке скольжение 5тах составляет
0,08. Вычислим возможный диапазон изменения пазовых гармоник для двигателя АИРМ63В4У3, используя формулы (6) и (7):
с
50
1 — 0,08
с
30
V 2
г—1| — /
ЬЗБ гк
< 50
1
30—1
V 2 у
640 — /Ь5Б гк < 700;
/
50
ЬЗБ _гк 1 — 0,08
с
30
V 2
+ 1| — /и
иЗБ гк
< 50
1
30- +1
V 2 у
740 — /иШ „к < 800.
После вычисления диапазона возможных частот пазовых гармоник перейдем к съему спектра и выделению диапазона поиска. Спектр тока статора с диапазонами поиска показан на рисунке 6.
При анализе спектра нужно учитывать наличие гармоник основной частоты. Тогда в диапазоне поиска однозначно видно присутствие двух частотных компонентов — 697,55 и
797,43 Гц, что соответствует значениям частоты пазовых гармоник (после измерения угловой скорости датчиком скорости измеренные и вычисленные частоты совпали в пределе погрешности).
-16.»-
-«.ю-
«.0071100- —н 13-я гармоника основной частоты 15-я гармоника остовиом частоты
Ю.1Ю~ 697.55 Гц ! 1 ; А 11
ЧВ.Ю-»ГО.Ю- МП ЖШ ийМ’1′
тоо-»».00- РРТ 1 у РЛ11
маоо-‘ЕВ.Ю-
ЧЯЮ- гйЫЮ-
т.да- бьь.ю ш.ио ??оос бвасю еэдад поло 71( о» т»’а> тззоо ‘«во ‘ьо’ю ‘1а>1й тл’аз тмпо 79000 аеооо
Рисунок 6 — Спектр тока в диапазоне поиска
Рисунок 7 — Блок-схема алгоритма оценки частоты вращения ротора асинхронного двигателя
№ 1(25) 2016
После вычисления частоты компонентов пазовых гармоник можно «захватить» эти час -тоты и отслеживать их, если принять тот факт, что нагрузка не может измениться мгновенно. Тогда не требуется искать гармоники во всем диапазоне частот. Новый диапазон на каждое измерение можно вычислить так:
—
Afrsh = 2f — As, (7)
Р
где As — диапазон изменения скольжения, который зависит от предполагаемой скорости изменения нагрузки за время между съемами сигнала.
Например, для двигателя АИРМ63В4У3, если скорость не может измениться более чем на 10 об/мин между двумя измерениями, то сдвиг пазовых частот следует искать в диапазоне
30
2 • 50-о 0,0066667 = 10 Гц.
2
Новый диапазон поиска составляет всего 10 Гц (5 Гц влево и 5 Гц вправо от старого значения частоты гармоники). Как видно, границы поиска теперь сузились в шесть раз.
На основании приведенных приемов можно составить алгоритм оценки частоты вращения ротора асинхронных двигателей методом поиска пазовых гармоник. Блок-схема этого алгоритма приведена на рисунке 7.
Приведенный алгоритм может использоваться для создания программного модуля наблюдения за скоростью вращения асинхронного двигателя (АД), который подходит для применения в различных практических задачах, например, в составе автоматизированной системы диагностики по спектру тока статора асинхронных вспомогательных и тяговых двигателей подвижного состава. Этот метод может быть полезным и в других областях промышленности, если нет прямого доступа к движущимся частям механизмов и, следовательно, нет возможности закрепить датчик оборотов либо поставить метку. В свою очередь спектр тока легко снять, так как питающие кабели всегда доступны для подключения. Кроме того, токовые трансформаторы часто уже установлены во многих системах управления, что позволяет использовать их для определения скорости вращения нагруженных механизмов.
Список литературы
1. Aiello, M., An induction motor speed measurement method based on current harmonic analysis with the chirp-Z transform / M. Aiello, A. Cataliotti // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. — 2005. — Vol. 54. — pp. 1811 — 1819.
2. Rajashekara, K. Sensorless Control of AC Motor Drives / K. Rajashekara, A.Kamamura, K. Matsure // IEEE Press. — New Jersey, 1996.
3. Aiello, M. A comparison of spectrum estimation techniques for periodic and nonstationary signals / M. Aiello, A. Cataliotti, S. Nuccio // IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2001. — pp. 1130 — 1134.
4. Hurst, K. D. A comparison of spectrum estimation techniques for sensorless speed detection in induction machines / K. D. Hurst, T. G. Habetler // IEEE Transactions on Industrial Applications, 1997. — Vol. 33. — pp. 898 — 905.
5. Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием [Текст] / Г. Г. Соколовский. — М.: Академия, 2006. — 265 с.
6. Пат. 2385529 Российская Федерация, МПК H 02 P 21/14. Способ оптимальной оценки частоты вращения асинхронного двигателя и система для его реализации [Текст] / Букре-ев В. Г., Лаходынов В. С., Аксенов Д. С.; заявитель и патентообладатель ЗАО «ЭлеСи». -2008136335/09; заявл. 09.09.2008; опубл. 27.03.2010.
7. Arabaci, H. An articial neural network approach for sensorless speed estimation via rotor slot harmonics / H. Arabaci // Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 2014. — pp. 1076 — 1084.
8. Пат. 2476983 Российская Федерация, МПК H 02 P 23/14, H 02 P 27/04. Способ определения оценки частоты вращения асинхронного двигателя [Текст] / Глазырин А. С.,
№ 1(25) ЛЛ Л I11Г1 Г( Till Транссиба 89
=2016 ■
Ткачук Р.Ю. и др.; заявитель и патентообладатель Национальный исследовательский Томский политехн. ун-т. — 2011135823/07; заявл. 26.08.2011; опубл. 27.02.2013, Бюл. № 6.
9. Тимошкин, В. В. Разработка и исследование наблюдателя угловой скорости для асинхронных электроприводов по схеме ТРН-АД [Текст] / В. В. Тимошкин: дис… докт. техн. наук. — Томск, 2014. — 153 с.
10. Пат. 2463612 Российская Федерация, МПК G 01 P 3/48. Способ определения скорости вращения погружных асинхронных электродвигателей [Текст] / Ковалев А. Ю., Ковалева Н. А., Кузнецов Е. М.; заявитель и патентообладатель Академический институт прикладной энергетики. — 2011104945/28; заявл. 10.02.2011; опубл. 10.10.2012.
11. Wei Zhou Incipient bearing fault detection for electric machines using stator current noise cancellation / Zhou Wei // A Dissertation Presented to The Academic Faculty, Georgia Institute of Technology, 2007.
12. Чегодаев, Ф. В. Моделирование асинхронного частотного привода с помощью метода взаимной нагрузки [Текст] / Ф. В. Чегодаев, С. Н. Чижма, А. В. Спиридонов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. — Омск, 2013. — № 2 (14). — С. 31 — 37.
13. Thomson, W. T. Motor current signature analysis to detect faults in induction motor drives — fundamentals, data interpretation, and industrial case histories / W. T. Thomson, R. J. Gil-more // Proceedings of the thirty-second turbomachinery symposium. — Texas, 2003. — pp. 145 — 156.
14. Русов, В. А. Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам [Текст] / В. А. Русов. — Пермь, 2012. — 252 с.
References
1. Aiello M., Cataliotti A. An induction motor speed measurement method based on current harmonic analysis with the chirp-Z transform / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2005. — Vol. 54. — pp. 1811 — 1819.
2. Rajashekara K., Kamamura A., Matsure K. Sensorless Control of AC Motor Drives / IEEE Press. — New Jersey, 1996.
3. Aiello M., Cataliotti A., Nuccio S. A comparison of spectrum estimation techniques for periodic and nonstationary signals / IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2001. — pp. 1130 — 1134.
4. Hurst K. D., Habetler T. G. A comparison of spectrum estimation techniques for sensorless speed detection in induction machines / IEEE Transactions on Industrial Applications, 1997. — Vol. 33. — pp. 898 — 905.
5. Sokolovsky G. G. Elektroprivody peremennogo toka s chastotnym regulirovaniyem [AC drives with frequency regu-lation], Moscow: Academy Publ., 2006, 265 p.
6. Bukreyev V. G., Lakhodynov V. S., Aksenov D. S. Patent RU2385529, 2010.
7. Arabaci H. An articial neural network approach for sensorless speed estimation via rotor slot harmonics / Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 2014. — pp. 1076 -1084.
8. Glazyrin A. S., Tkachuk R. Yu., Glazyrina T. A. Timoshkin V. V. Patent RU 2476983, 2013.
9. Timoshkin V. V. Razrabotka i issledovanie nabludatelya yglovoi skorosti dlya asinchronnuh electroprivodovpo sheme TRN-AD [Development and research of the observer of the angular velocity for asynchronous electric scheme TRN -AD]. Doctor’s thesis, Tomsk, 2014, 153 p.
10. Kovalev A. U., Kovaleva N. A., Kuznicov E. M. Patent RU 2463612, 2012.
11. Wei Zhou Incipient bearing fault detection for electric machines using stator current noise cancellation / A Dissertation Presented to The Academic Faculty, Georgia Institute of Technology, 2007.
12. Chegodaev, F. V., Chizhma S. N., Spiridonov V. A. Modeling asynchronous frequency drive through mutual load method [Modelirovanie asinchronnogo chastotnogo privoda s pomoshu metoda szaimnoy nagryzki]. Izvestiia Transsiba — The journal of Transsib Railway Studies, 2013, no. 2 (14), pp. 31 — 37.
90 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(25) ОП4 с
■ i = 2U1o
13. Thomson W. T., Gilmore R. J. Motor current signature analysis to detect faults in induction motor drives — fundamentals, data interpretation, and industrial case histories / Proceedings of the thirty-second turbomachinery symposium. — Texas, 2003. — pp. 145 — 156.
14. Rusov V. A. Diagnostica defectov vrashaushegosya oborudovaniya po vibracionnym signalam (Diagnosis defects using rotating machinery vibration signals). Perm, 2012, 252 p.
УДК 656.212.2.073.22
Е. Д. Псеровская, И. Н. Кагадий
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРУЗОВОЙ РАБОТЫ СТАНЦИИ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПУТЯМИ НЕОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ
В статье приведен анализ функционирования сложных транспортных систем, охарактеризованы основные принципы использования имитационного моделирования в организации перевозочного процесса на железнодорожном транспорте. Рассмотрен метод создания объектно-ориентированной модели для описания динамики взаимодействия грузовой станции и пути необщего пользования.
Современные станции и транспортные узлы являются сложными системами, которые нельзя рассчитывать по частям, так как слишком сильно их взаимное нелинейное влияние. Утвержденная для ОАО «РЖД» «Инструкция по расчету наличной пропускной способности железных дорог/МПС СССР; утв. 24.04.89.» [1] использует аналитический детерминированный подход и, следовательно, сохраняет все погрешности метода. Так, например, загруженность станции рассчитывается отдельно по паркам, горловинам, сортировочным и грузовым устройствам. Поскольку взаимодействие технологических линий друг на друга достаточно сильное, то такой способ не всегда дает объективные значения исследуемых параметров станции.
В имитационном моделировании структура модели отражает структуру реального объекта моделирования на некотором уровне абстракции, а связи между компонентами модели являются отражением реальных связей. В работах [2, 3] приводится описание системного взаимодействия грузовой станции и пути необщего пользования и функционирования двух представленных объектов как системы массового обслуживания. Для оптимизации местной грузовой работы на станциях и промышленных транспортных предприятиях актуально анализировать данные экспериментов и получать на их основе функциональные характеристики управляемой моделируемой системы.
Исследуемая система представлена в виде системы массового обслуживания (СМО): многофазной многоканальной СМО сложной структуры с различными видами заявок. Модель, исходя из такой структуры, состоит из имитации функционирования грузовой станции и грузового пункта [3]. Сетевой график работы грузовой станции и пути необщего пользования приведен на рисунке 1.
Таким образом, цикл обслуживания любой заявки структурно включает в себя несколько фаз обслуживания, которые в свою очередь состоят из элементов, на которых выполняются в определенной последовательности и с известной затратой времени простейшие операции. Начальные базисные элементы отмечены а;, а конечные — уь Все остальные фазы в; являются промежуточными [4]. К базисным относится занятость технологических линий станции для подачи на грузовой пункт (приемоотправочный парк, система расформирования, сортировочный парк, горловины станции; операции 1 — 7 на рисунке 1), к конечным — элементы станции для отправления составов на сеть дорог (грузовые устройства пунктов погрузки-выгрузки, система формирования, сортировочный парк, приемоотправочный парк; операции 8 — 32 на рисунке 1), а промежуточные — элементы простоев и ожидания выполнения операций на базисных и конечных элементах.
Принцип действия асинхронного двигателя ~ Электропривод
Самым распространенным электродвигателем, используемым в быту, промышленности, строительстве и сельском хозяйстве, на сегодняшний день, является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД с КЗ ротором). Основным его преимуществом, перед другими типами двигателей является простота, надежность и дешевизна.
Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Принцип действия трехфазного АД с КЗ ротором основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля и расположенного в этом поле проводника. Вращающееся магнитное поле создается статором асинхронного двигателя, которая является неподвижной частью двигателя. Статор асинхронного электродвигателя представляет собой стальной сердечник, с пазами в которых расположена обмотки, намотанная медным изолированным проводом.
Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.
Обмотки статора намотаны таким образом, что образуют три катушки, смещенные друг, относительно друга на 120°. Между собой их соединяют либо в «звезду», либо в «треугольник» и пропускают трехфазный переменный ток. При частоте тока 50 Гц, магнитное поле будет вращаться со скоростью 3000 об./мин. Магнитное поле, образованное тремя катушками, называется двухполюсным.
Особенностью асинхронного двигателя является то, что появление ЭДС в роторной обмотке ротора возможно только при различии частоты вращения магнитного поля ротора, обозначаемое букой n и магнитного поля статора n0. Разница n0 и n создает электромагнитный момента асинхронного двигателя. Характеризует эту разность скольжение S, определяемое по формуле:
S=( n0-n )/ n0,
где n0=60f/P синхронная частота вращения магнитного поля статора об/мин, f- частота питающей сети, Гц, p-число пар полюсов статора.
В такой конструкции двигателя, магнитное поле статора опережает скорость вращения ротора. Т.е. поле ротора вращается асинхронно со скоростью вращения поля статора. Отсюда и пошло название двигателя асинхронный двигатель переменного тока.
Если нагрузка на валу двигателя отсутствует, частота вращения поля ротора n, стремиться достичь частоты вращения поля ротора, но никогда не достигает ее, так как если n0-n=0, то и электромагнитный момент двигателя М будет равен 0.
В паспорте и на шильдике асинхронного электродвигателя производитель указывает номинальную частота вращения двигателя, замеряемую при номинальной мощности. При увеличении нагрузки на валу двигателя, частота вращения двигателя уменьшается, а ток статора увеличивается. Асинхронные двигатели могут изготовляться с 1,2,3 ,4,5,6 парами полюсов. Соответственно синхронная скорость вращения асинхронного двигателя соответственно будет составлять 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.
На смену классической конструкции асинхронного двигателя приходят энергоэффективные конструкции асинхронных двигателей обладающие более высоким КПД и технико-экономическими показателями. Применение частотно-регулируемого привода в тандеме с энергоэффективными двигателями, позволит существенно улучшить энергетические показатели и снизить затраты на электроэнергию.
Как измерить частоту вращения асинхронного двигателя. Как определить скорость вращения электродвигателя Проверить обороты мультиметром
Под скоростью вращения асинхронного электродвигателя обычно понимают угловую частоту вращения его ротора, которая приведена на шильдике (на паспортной табличке двигателя) в виде количества оборотов в минуту. Трехфазный двигатель можно питать и от однофазной сети, для этого параллельно одной или двум его обмоткам, в зависимости от напряжения сети, но конструкция двигателя от этого не изменится.
Так, если ротор под нагрузкой совершает 2760 оборотов в минуту, то будет равна 2760*2пи/60 радиан в секунду, то есть 289 рад/с, что не удобно для восприятия, поэтому на табличке пишут просто «2760 об/мин». Применительно к асинхронному электродвигателю, это обороты с учетом скольжения s.
Синхронная же скорость данного двигателя (без учета скольжения) будет равна 3000 оборотов в минуту, поскольку при питании обмоток статора сетевым током с частотой 50 Гц, каждую секунду магнитный поток будет совершать по 50 полных циклических изменений, а 50*60 = 3000, вот и получается 3000 оборотов в минуту — синхронная скорость асинхронного электродвигателя.
В рамках данной статьи мы поговорим о том, как определить синхронную скорость вращения неизвестного асинхронного трехфазного двигателя, просто взглянув на его статор. По внешнему виду статора, по расположению обмоток, по количеству пазов, — можно легко определить синхронные обороты электродвигателя если у вас нет под рукой тахометра. Итак, начнем по порядку и разберем данный вопрос с примерами.
3000 оборотов в минуту
Про асинхронные электродвигатели (смотрите — ) принято говорить, что тот или иной двигатель имеет одну, две, три или четыре пары полюсов. Минимум — одна пара полюсов, то есть минимум — два полюса. Взгляните на рисунок. Здесь вы видите, что в статор уложено по две последовательно соединенные катушки на каждую фазу — в каждой паре катушек одна расположена напротив другой. Эти катушки и образуют по паре полюсов на статоре.
Одна из фаз показана для ясности красным цветом, вторая — зеленым, третья — черным. Обмотки всех трех фаз устроены одинаково. Поскольку три эти обмотки питаются по очереди (ток трехфазный), то за 1 колебание из 50 в каждой из фаз — магнитный поток статора один раз обернется на полные 360 градусов, то есть совершит один оборот за 1/50 секунды, значит 50 оборотов получится за секунду. Так и выходит 3000 оборотов в минуту.
Таким образом становится ясно, что для определения синхронных оборотов асинхронного электродвигателя достаточно определить количество пар его полюсов, что легко сделать, сняв крышку и взглянув на статор.
Общее число пазов статора разделите на число пазов, приходящихся на одну секцию обмотки одной из фаз. Если получится 2, то перед вами двигатель с двумя полюсами — с одной парой полюсов. Следовательно синхронная частота составляет 3000 оборотов в минуту или примерно 2910 с учетом скольжения. В простейшем случае 12 пазов, по 6 пазов на катушку, и таких катушек 6 — по две на каждую из трех фаз.
Обратите внимание, количество катушек в одной группе для одной пары полюсов может быть не обязательно 1, но и 2 и 3, однако для примера мы рассмотрели вариант с одиночными группами на пару катушек (не будем в рамках данной статьи заострять внимание на способах намотки).
1500 оборотов в минуту
Для получения синхронной скорости в 1500 оборотов в минуту, количество полюсов статора увеличивают вдвое, чтобы за 1 колебание из 50 магнитный поток совершил бы только пол оборота — 180 градусов.
Для этого на каждую фазу делают по 4 секции обмотки. Таким образом, если одна катушка занимает четверть всех пазов, то перед вами двигатель с двумя парами полюсов, образованными четырьмя катушками на фазу.
Например, 6 пазов из 24 занимает одна катушка или 12 из 48, значит перед вами двигатель с синхронной частотой 1500 оборотов в минуту, или с учетом скольжения примерно 1350 оборотов в минуту. На приведенном фото каждая секция обмотки выполнена в виде двойной катушечной группы.
1000 оборотов в минуту
Как вы уже поняли, для получения синхронной частоты в 1000 оборотов в минуту, каждая фаза образует уже три пары полюсов, чтобы за одно колебание из 50 (герц) магнитный поток обернулся бы всего на 120 градусов, и соответствующим образом повернул бы за собой ротор.
Таким образом, минимум 18 катушек установлены на статор, причем каждая катушка занимает шестую часть всех пазов (по шесть катушек на фазу — по три пары). Например, если пазов 24, то одна катушка займет 4 из них. Получится частота с учетом скольжения около 935 оборотов в минуту.
750 оборотов в минуту
Для получения синхронной скорости в 750 оборотов в минуту, необходимо, чтобы три фазы формировали на статоре четыре пары движущихся полюсов, это по 8 катушек на фазу — одна напротив другой — 8 полюсов. Если например на 48 пазов приходится по катушке на каждые 6 пазов — перед вами асинхронный двигатель с синхронными оборотами 750 (или около 730 с учетом скольжения).
500 оборотов в минуту
Наконец, для получения асинхронного двигателя с синхронной скоростью в 500 оборотов в минуту необходимо 6 пар полюсов — по 12 катушек (полюсов) на фазу, чтобы на каждое колебание сети магнитный поток поворачивался бы на 60 градусов. То есть, если например статор имеет 36 пазов, при этом на катушку приходится по 4 паза — перед вами трехфазный двигатель на 500 оборотов в минуту (480 с учетом скольжения).
При эксплуатации любой машины не обойтись без электродвигателя. Многие покупают электродвигатель с рук без какой-либо документации. В такой ситуации возникает проблема с определением оборотов электродвигателя. Чтобы решить данную проблему, можно использовать несколько способов.
Самый простой способ определения оборотов электродвигателя – использование тахометра. Но наличие данного прибора у человека, не специализирующегося на электродвигателях, большая редкость. Поэтому существуют способы определения оборотов на глаз. Для определения оборотов электродвигателя откройте одну из крышек электродвигателя и найдите катушку обмотки. Катушек в электродвигателе может быть несколько. Выберете ту катушку, которая находится в зоне видимости и к которой проще доступ. Старайтесь не нарушить целостность электродвигателя, не доставайте детали. Не пробуйте отсоединить детали между собой.Все основные характеристики электродвигателя должны быть указаны на металлической бирке, располагающейся на его корпусе. Но на практике бирка или отсутствует, или информация стерлась в течение эксплуатации.
Электродвигатель – обмотка статора
Время от времени в процессе работы, нужно найти количество оборотов асинхронного электродвигателя, на котором отсутствует бирка. И далековато не каждый электрик с этой задачей может совладать. Но мое мировоззрение, что каждый электрослесарь в этом должен разбираться. На собственном рабочем месте, как говорится – по долгу службы, вы понимаете все свойства собственных движков. А перебежали на новое рабочее место, а там ни на одном движке нет бирок. Найти количество оборотов электродвигателя, даже очень просто и просто. Определяем по обмоттке. Для этого нужно снять крышку мотора. Лучше это проделывать с задней крышкой, т. к. шкив либо полумуфту снимать не нужно. Довольно снять кожух
остывания и крыльчатку и крышка мотора доступна. После снятия крышки обмотку видно довольно отлично. Найдите одну секцию и смотрите сколько
Движок – 3000 об/мин
места она занимает по окружности круга (статора). А сейчас запоминайте, если катушка занимает половину круга (180 град.) – это движок на 3000 об/мин.
Движок – 1500 об/мин
Если в окружности вместится три секции (120 град.) – это движок 1500 об/мин. Ну и если в статоре вмещается четыре секции (90 град.) – этот движок на 1000 об/мин. Вот так совершенно просто можно найти количество оборотов “неизвесного” электродвигателя. На представленных рисунках это видно отлично.
Движок – 1000 об/мин
Это способ определения, когда катушки обмоток намотаны секциями. А бывают обмотки “всыпные”, таким способом уже не найти. Таковой способ намотки встречается изредка.
Еще есть один способ определения количество оборотов. В роторе электродвигателя, есть остаточное магнитное поле, которое может наводить небольшую ЭДС в обмотке статора, если мы будем крутить ротор. Эту ЭДС можно “изловить” – миллиамперметром. Наша задачка заключается в следующем: необходимо отыскать обмотку одной фазы, независимо как соединены обмотки, треугольником либо звездой. И к кончикам обмотки подключаем миллиамперметр, вращая вал мотора, смотрим сколько раз отклонится стрелка миллиамперметра за один оборот ротора и вот по этой таблице поглядеть, что за движок вы определяете.
(2p) 2 3000 r/min
(2p) 4 1500 r/min
(2p) 6 1000 r/min
(2p) 8 750 r/min
Вот такие обыкновенные и думаю понятные два способа определения колличества оборотов на котором отсутствует бирка (табличка).
В СССР выпускался прибор ТЧ10-Р, может у кого и сохранился. Кто не лицезрел и не знал о таком измерителе, предлагаю поглядеть фото собственного. В комплекте имеется две насадки, – для измерения оборотов по оси вала и 2-ая для измерения по окружности вала.
Измерить колличество оборотов можно и при помощи “Цифрового лазерного тахометра”
“Цифровой лазерный тахометр”
Технические свойства:
Спектр: 2,5 об / мин ~ 99999 об / ми
Разрешение / шаг: 0,1 об / мин для спектра 2,5 ~ 999,9 об / мин, 1 об / мин 1000 об / мин и поболее
Точность: + / – 0,05%
Рабочее расстояние: 50mm ~ 500mm
Также указывается малое и наибольшее значение
Для тех кому реально необходимо – просто супер вещь!
Л. Рыженков
Старые и бывшие в использовании асинхронные машины советского производства считаются наиболее качественными и долговечными. Однако, как известно многим электромеханикам, шильдики на них могут быть абсолютно нечитабельными, да и в самом двигателе мог быть перемотан. Определить номинальную частоту вращения можно по количеству полюсов в обмотке, но если речь идет о машинах с фазным ротором или разбирать корпус нет желания, можно прибегнуть к одному из проверенных методов.
Определение скорости при помощи графического рисунка
Для определения скорости вращения двигателя существует графических рисунков круглой формы. Суть в том, что приклеенный на торец вала бумажный кружок с заданным узором при вращении образует определенный графический эффект при освещении источником света с частотой в 50Гц. Таким образом, перебрав несколько рисунков и сравнив результат с табличными данными можно определить номинальную скорость вращения двигателя.Типовые характеристики по монтажным размерам
Промышленные производства СССР, как и большинство современных, производились по государственным стандартам и имеют установленную таблицу соответствия. Исходя из этого, можно замерить высоту центра вала относительно плоскости посадки, его и задний диаметры, а также размеры крепежных отверстий. В большинстве случаев этих данных будет достаточно, чтобы найти в таблице нужный двигатель и не только определить частоту вращения, но и установить его электрическую и полезную мощность.При помощи механического тахометра
Очень часто нужно определить не только номинальную характеристику электрической машины, но и знать точное количество оборотов в данный момент. Это делается при диагностике электрических двигателей и для определения точного показателя коэффициента скольжения.В электромеханических лабораториях и на производстве используются специальные приборы — тахометры. Если получить доступ к такому оборудованию, измерить частоту вращения асинхронного двигателя можно за несколько секунд. Тахометр имеет стрелочный или цифровой циферблат и измерительную штангу, на конце которой имеется отверстие с шариком. Если смазать центровочное отверстие на валу вязким воском и плотно приставить измерительную штангу к нему, на циферблате отобразится точное количество оборотов в минуту.
При помощи детектора стробоскопического эффекта
Если двигатель находится в процессе эксплуатации, можно избежать необходимости отстыковывать его от исполнительного механизма и снимать задний кожух только для того, чтобы добраться до центровочного отверстия. Точное количество оборотов в этих случаях можно также измерить при помощи стробоскопического детектора. Для этого на вал двигателя наносят продольную риску белого цвета и устанавливают светоулавливатель прибора напротив нее.При включении двигателя в работу прибор определит точное количество оборотов в минуту по частоте появления белого пятна. Этот метод применяется, как правило, при диагностическом обследовании мощных электрических машин и зависимости частоты вращения от приложенной нагрузки.
Использование кулера от персонального компьютера
Для проведения измерений частоты вращения двигателя можно использовать весьма оригинальный метод. В нем применяется лопастной вентилятор охлаждения от персонального компьютера. Пропеллер крепится к торцу вала при помощи двустороннего скотча, а рама вентилятора удерживается вручную. Провод вентилятора подключается к любому из разъемов материнской платы, на котором можно провести измерения, при этом само питание на кулер подавать не нужно. Точный показатель частоты вращения можно получить через утилиту BIOS или диагностическую утилиту, работающую под управлением операционной системы.Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора — Студопедия
Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.
Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2<n1. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения ns=n1-n2. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:
,
· где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
· n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
· n2 – частота вращения ротора, об/мин,
Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом в стержнях ротора не будет создаваться ЭДС, а следовательно и ток. Это значит что сила действующая на ротор будет равна нулю. Таким образом ротор будет замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать переменное магнитное поле, таким образом будет расти индуцируемый ток и сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться с некоторой скоростью которая немного меньше синхронной скорости.
Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n2 = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается.
Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением. Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.
Преобразование энергии
Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.
Методы регулирования частоты вращения асинхронного двигателя
На чтение 13 мин. Опубликовано
Существенным недостатком асинхронных электродвигателей является относительно сложное регулирование частоты их вращения.
Возможные способы регулирования частоты вращения асинхронных электродвигателей можно установить в результате анализа выражения, записанного относительно частоты вращения ротора двигателя: n2= 60f1(1 ‑s)/p. Анализ формулы показывает, что частоту вращения асинхронного двигателя можно изменить, меняя скольжение ротораs, число пар полюсоврдвигателя или частотуf1питающего напряжения.
Регулирование частоты вращения изменением скольжения возможно изменением подводимого к обмотке статора напряжения или изменением активного сопротивления в цепи ротора.
Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивлениявозможно только для асинхронных двигателей с фазным ротором, в обмотку которого (посредством контактных колец) включается добавочное регулировочное сопротивление по такой же схеме, как и при пуске двигателя. Однако пусковое сопротивление не годится для регулирования скорости, так как оно не рассчитано на длительную работу. Регулировочное сопротивление должно выдерживать токи, сравнимые с пусковыми, в течение длительного времени.
При увеличении активного сопротивления цепи ротора значение критического скольжения ротора двигателя sкв соответствии с приведенной ранее формулой увеличивается.
Включая различные добавочные сопротивления можно получить семейство механических характеристик двигателя, примерно таких, какие показаны на рис. 11, из которых следует, что с увеличением активного сопротивления в цепи ротора при постоянном моменте нагрузки на валу электродвигателя рабочая точка смещается с одной механической характеристики на другую, соответствующую новому, увеличенному сопротивлению. Происходит увеличение скольжения ротора, а следовательно, уменьшение частоты вращения ротора асинхронного двигателя. Регулирование при этом способе возможно в широком диапазоне скольжений, однако при уменьшении частоты нарушается жесткость механической характеристики и увеличиваются электрические потери.
Регулирование частоты вращения изменением питающего напряжениявозможно за счет того, что критическое значение моментаМк, а следовательно, величинаМ(s) при любом скольжении пропорциональна квадрату питающего напряженияU1 2 . Из приведенных на рис.12 кривых явно видно, что при постоянном моменте нагрузки на валу электродвигателя рабочая точка смещается с одной механической характеристики на другую, соответствующую новому, уменьшенному напряжениюU1. Происходит увеличение скольжения ротора, а следовательно, уменьшение частоты вращения ротора асинхронного двигателя. Регулирование асинхронного двигателя при этом способе возможно только в незначительном диапазоне скольжений, который ограничивается критическими моментом и скольжением ротора.
Следует отметить, что при уменьшении напряжения происходит резкое снижение критического момента двигателя, пропорционально квадрату напряжения и, следовательно, резкое уменьшение перегрузочной способности двигателя по кратности критического момента, что ограничивает область применения описанного способа.
Ступенчатое регулирование частоты вращения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, как указывалось, возможно путемизменения числа пар полюсовза счет переключения секций его обмотки, что находит применение для многоскоростных двигателей. Сущность способа заключается в том, что при постоянной частоте напряжения питающей сети, частота вращения асинхронного двигателя зависит от числа пар полюсов обмотки статора. Таким образом, если на статоре асинхронного двигателя разместить две или более отдельных обмоток с разными числами пар полюсов, то при включении в сеть каждой из обмоток в отдельности, можно получать различные частоты вращения магнитного поля, а значит, и ротора. К сожалению, этот экономичный и сравнительно простой способ не позволяет плавно регулировать частоту вращения двигателя. Промышленностью освоен выпуск серий электродвигателей, частота вращения которых регулируется ступенями в 2, 3 и 4 раза без потерь мощности. Необходимо также отметить, что устройство многоскоростных электродвигателей значительно сложней, чем односкоростных, что ведет к их удорожанию.
Частоту вращения асинхронного двигателя можно регулировать также изменением частоты питающего тока, но этот способ для мощных двигателей практически не применяют ввиду отсутствия простых и экономичных устройств, регулирующих частоту тока в мощных цепях. В то же время, разработка и промышленное освоение мощных и дешевых управляемых полупроводниковых приборов (диоды, тиристоры) позволяет реализовывать простые и надежные преобразователи частоты и напряжения малой и средней мощности, с помощью которых можно легко регулировать частоту вращения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, что значительно упрощает привод различных механизмов, при этом часто отпадает необходимость в редукторах, коробках скоростей, трансмиссиях.
Наиболее распространены следующие способы регулирования скорости асинхронного двигателя : изменение дополнительного сопротивления цепи ротора, изменение напряжения, подводимого к обмотке статора, двигателя изменение частоты питающего напряжения, а также переключение числа пар полюсов.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя путем введения резисторов в цепь ротора
Введение резисторов в цепь ротора приводит к увеличению потерь мощности и снижению частоты вращения ротора двигателя за счет увеличения скольжения, поскольку n = n о (1 — s).
Из рис. 1 следует, что при увеличении сопротивления в цепи ротора при том же моменте частота вращения вала двигателя уменьшается.
Жесткость механических характеристик значительно снижается с уменьшением частоты вращения, что ограничивает диапазон регулирования до (2 — 3) : 1. Недостатком этого способа являются значительные потери энергии, которые пропорциональны скольжению. Такое регулирование возможно только для двигателя с фазным ротором.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре
Изменение напряжения, подводимого к обмотке статора асинхронного двигателя , позволяет регулировать скорость с помощью относительно простых технических средств и схем управления. Для этого между сетью переменного тока со стандартным напряжением U 1ном и статором электродвигателя включается регулятор напряжения .
При регулировании частоты вращения асинхронного двигателя изменением напряжения, подводимого к обмотке статора, критический момент М кр асинхронного двигателя изменяется пропорционально квадрату подводимого к двигателю напряжения U рет (рис. 3 ), а скольжение от U рег не зависит.
Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором при различных сопротивлениях резисторов, включенных в цепь ротора
Рис. 2. Схема регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения напряжения на статоре
Рис. 3. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения подводимого к обмоткам статора
Если момент сопротивления рабочей машины больше пускового момента электродвигателя (Мс > Мпуск), то двигатель не будет вращаться, поэтому необходимо запустить его при номинальном напряжении Uном или на холостом ходу.
Регулировать частоту вращения короткозамкнутых асинхронных двигателей таким способом можно только при вентиляторном характере нагрузки. Кроме того, должны использоваться специальные электродвигатели с повышенным скольжением. Диапазон регулирования небольшой, до n кр.
Для изменения напряжения применяют трехфазные автотрансформаторы и тиристорные регуляторы напряжения.
Рис. 4. Схема замкнутой системы регулирования скорости тиристорный регулятор напряжения — асинхронный двигатель (ТРН — АД)
Замкнутая схема управления асинхронным двигателем , выполненным по схеме тиристорный регулятор напряжения — электродвигатель позволяет регулировать скорость асинхронного двигателя с повышенным скольжением (такие двигатели применяются в вентиляционных установках).
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя изменением частоты питающего напряжения
Так как частота вращения магнитного поля статора n о = 60 f /р, то регулирование частоты вращения асинхронного двигателя можно производить изменением частоты питающего напряжения.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость n о магнитного поля статора.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.
Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.
Схема частотного электропривода приведена на рис. 5, а механические характеристики АД при частотном регулировании — на рис. 6.
Рис. 5. Схема частотного электропривода
Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании
С уменьшением частоты f критический момент несколько уменьшается в области малых частот вращения. Это объясняется возрастанием влияния активного сопротивления обмотки статора при одновременном снижении частоты и напряжения.
Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя позволяет изменять частоту вращения в диапазоне (20 — 30) : 1. Частотный способ является наиболее перспективным для регулирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Потери мощности при таком регулировании невелики, поскольку минимальны потери скольжения.
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 содержит шесть 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. Регулирование выходной частоты I вых и выходного напряжения осуществляется за счет высокочастотной широтно-импульсной модуляции.
Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя переключение числа пар полюсов
Ступенчатое регулирование скорости можно осуществить, используя специальные многоскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Из выражения n о = 60 f /р следует, что при изменении числа пар полюсов р получаются механические характеристики с разной частотой вращения n о магнитного поля статора. Так как значение р определяется целыми числами, то переход от одной характеристики к другой в процессе регулирования носит ступенчатый характер.
Существует два способа изменения числа пар полюсов. В первом случае в пазы статора укладывают две обмотки с разным числом полюсов. При изменении скорости к сети подключается одна из обмоток. Во втором случае обмотку каждой фазы составляют из двух частей, которые соединяют параллельно или последовательно. При этом число пар полюсов изменяется в два раза.
Рис. 7. Схемы переключения обмоток асинхронного двигателя: а — с одинарной звезды на двойную; б — с треугольника на двойную звезду
Регулирование скорости путем изменения числа пар полюсов экономично, а механические характеристики сохраняют жесткость. Недостатком этого способа является ступенчатый характер изменения частоты вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Выпускаются двухскоростные двигатели с числом полюсов 4/2, 8/4, 12/6. Четырехскоростной электродвигатель с полюсами 12/8/6/4 имеет две переключаемые обмотки.
Использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.
Читайте также:
- O Регулирование.
- А. Регулирование личных и имущественных отношений
- Автоматическое ограничение снижения частоты
- Автоматическое регулирование возбуждения, напряжения и реактивной мощности
- Антимонопольное регулирование в России
- Бюджетно-налоговое регулирование
- В феврале 1816 г. после возвращения большей части русской ар-
- Валютное регулирование, его направления, принципы.
- Валютный рынок и валютное регулирование.
- Вероятностьмалигнизации доброкачественных опухолей (т. е. превращения в злокачественные).
- Взаимодействие ультразвука различной частоты и интенсивности с веществом. Применение ультразвука в медицине.
- Виды экономических циклов. Антициклическое регулирование
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Асинхронный двигатель состоит из неподвижной части — статора, на котором расположены три обмотки (фазы), сдвинутые одна относительно другой на угол 120°, и вращающейся части — роторас соответствующей обмоткой . Фазы статора размещены равномерно по окружности статора; они соединяются в звезду или в треугольник и подключаются к сети трехфазного тока. Обмотка ротора в такой машине выполняется трехфазной или многофазной и размещается равномерно вдоль окружности ротора. Фазы ее в простейшем случае замыкаются накоротко.
Вращающееся магнитное поле, создаваемое обмотками статора, индуктирует в них э. д. с. Под действием э. д. с. по проводникам ротора будет проходить электрический ток. В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся магнитным полем возникают электромагнитные силы, действующие на провода обмотки ротора.Суммарное действие всех этих сил создает вращающий момент М, который приводит ротор во вращение в направлении магнитного поля. Величина э. д. с., индуктированной в проводниках обмотки ротора, зависит от частоты их пересечения вращающимся полем, т. е. от разности частот вращения магнитного поля n1 и ротора n2. Чем больше разность n1-n2, тем больше величина э. д. с. Следовательно, необходимым условием для возникновения в асинхронной машине электромагнитного вращающего момента является неравенство частот вращения n1 и n2. По этой причине машина называется асинхронной (ротор ее вращается не синхронно с полем). Иногда ее называют также индукционной, ввиду того что ток в роторе возникает индуктивным путем, а не подается от какого-либо внешнего источника.
Современные асинхронные двигатели не имеют простых и дешёвых устройств для плавного регулирования скорости вращения ротора. Этот существенный недостаток асинхронных двигателей ограничивает их область применения и позволяет двигателям постоянного тока во многих успешно конкурировать с асинхронными двигателями.
Способы регулирования скорости вращения ротора вытекают из формулы:
Следовательно, ее можно регулировать, изменяя частоту f питающего напряжения, число пар полюсов ри величину скольжения s. Последнее при заданных значениях момента на валу М и частоты f можно изменять путем включения в цепь добавочного активного сопротивления. Рассмотрим более подробно эти способы.
1. Регулирование путем изменения частоты питающего напряжения осуществляют включением в цепь преобразователя частоты, к которому должен быть подключен асинхронный двигатель. На основе полупроводников созданы надежные статистические преобразователи частоты. Частотный способ регулирования скорости является весьма перспективным, т. к. он обеспечивает глубокое, плавное и экономичное регулирование частоты вращения. Однако для его выполнения требуется специальный источник питания обеспечивающий U/f=const. В качестве такого источника используют синхронные генераторы с приводом от двигателя постоянного тока. В последнее время для частотного регулирования разработаны статические источники питания на транзисторах и тиристорах.
2. Регулирование путем изменения числа пар полюсовпозволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения.Это экономичный и сравнительно простой способ не даёт возможность плавно регулировать скорость. Если нужно получить три или четыре скорости, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две скорости. Асинхронные двигатели с переключением числа полюсов называются многоскоростными. Многоскоростные двигатели имеют следующие недостатки: большие габариты и массу по сравнению с двигателями нормального исполнения, а следовательно, и большую стоимость. Кроме того, регулирование осуществляется большими ступенями; например, при частоте 50 Гц частота вращения поля при переключениях изменяется в отношении 3000:1500:1000:750.
3. Регулирование частоты вращения изменением скольжениядостигается путем, включения в цепь ротора добавочного активного сопротивления, поэтому может быть использовано только для двигателей с фазовым ротором. При включении в цепь ротора добавочных активных сопротивлений изменяется форма механической характеристики двигателя. Поэтому в цепь этой обмотки при помощи контактных колец и щёток включают регулировочный реостат, с помощью которого плавно меняют сопротивление обмотки, скольжение и скорость двигателя. Реостат, служащий для этой цепи, называется регулирующим или пускорегулирующим.
Этот способ регулирования позволяет плавно изменять скорость вращения в широких пределах, поэтому он получил наибольшее распространение. Недостатками его являются большие потери энергии в регулировочном реостате, (при скольжении S=0,5 половина энергии, передаваемой в ротор вращающимся магнитным полем, расходуется на ненужный нагрев ротора и регулировочного реостата, кроме того, наличие колец и щёток усложняет эксплуатацию машины и резко снижает её надёжность), поэтому его используют обычно при кратковременных режимах работы двигателя ( при пуске ).
Дата добавления: 2014-11-18 ; Просмотров: 1136 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
Частота вращения асинхронного двигателя определяется формулой
, (57)
. (57а)
из которой следует три принципиально возможных метода регулирования скорости асинхронных двигателей: изменением частоты питающего напряжения, числа пар полюсов и величины скольжения .
Частотное регулирование. Этот способ регулирования скорости позволяет применять наиболее надежные и дешевые асинхронные двигателя с короткозамкнутым ротором. Однако для изменения частоты питающего напряжения требуется наличие источника электрического тока переменной частоты. В качестве последнего можно использовать: синхронный генератор с переменной частотой вращения; преобразователи частоты: электромашинные или статические, выполненные на полупроводниковых тиристорах или силовых транзисторах.
При частотном регулировании скорости можно регулировать вниз от (номинальной скорости) и вверх от номинальной. При регулировании скорости вниз от номинальной с изменением частоты изменяют подводимое напряжение ; при этом магнитный поток остаётся неизменным. Графики механических характеристик представлены на рис, 73.
Рис. 73. Механические характеристики
Регулирование путем изменения числа пар полюсов. Такое регулирование позволяет получить ступенчатое изменение частоты вращения. На рис. 74 показана простейшая схема (для одной фазы), позволяющая изменять число полюсов обмотки статора в два раза. Для этой цели каждую фазу обмотки статора разделяют на две части, которые переключают с последовательного соединения на параллельное. Из рисунка видно, что при включении катушек в две параллельные ветви число полюсов уменьшается в два раза, а следовательно, частота вращения магнитного поля в два раза увеличивается.
а) б)
Рис. 74. Схема переключения обмотки статора для изменения числа полюсов:
а – при 2р=4, б – при 2р=2.
При переключении число последовательно включенных витков в каждой фазе уменьшается вдвое, но так как частота вращения возрастает в два раза, ЭДС, индуктированная в фазе, остается неизменной. Следовательно, двигатель при обеих частотах вращения может быть подключен к сети с одинаковым напряжением. Чтобы не осуществлять переключения в обмотке ротора, последнюю выполняют короткозамкнутой. Если нужно иметь три или четыре частоты вращения, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить дополнительно две частоты. Асинхронные двигатели с переключением числа полюсов называют многоскоростными.
Регулирование скорости изменением скольжения, осуществляется:
а) путем включения в цепь ротора добавочного активного сопротивления (рис. 75). Этот способ регулирования может быть использован только для двигателя с фазным ротором. Он позволяет плавно изменять частоту вращения в широкий пределах.
Рис. 75. Изменение формы механической характеристики при регулировании
частоты вращения с помощью добавочного сопротивления
Недостатками его являются:
1) большие потери энергии в регулировочном реостате;
2) чрезвычайно «мягкая» механическая характеристика двигателя при большом сопротивлении в цепи ротора. В некоторых случаях последнее является недопустимым, так как небольшому изменению нагрузочного момента соответствует существенное изменение частоты вращения.
б) регулирование путем изменения величины питающего напряжения в небольшом диапазоне.
Узнать еще:
▷ Синхронные и асинхронные двигатели — где их использовать?
Многие люди часто не понимают, что такое синхронные и асинхронные двигатели, и каковы их области применения. Именно поэтому один из новейших членов сообщества электротехники написал эту статью. Проверьте это ниже:
Следующая информация касается общих принципов работы синхронных и асинхронных двигателей, их преимуществ, а также где они обычно используются и что можно достичь с помощью каждого из этих двигателей.
Давайте сначала сконцентрируемся на их принципах работы…
Синхронные и асинхронные двигатели — Принципы работы
Синхронные двигатели
Это типичный электродвигатель переменного тока, способный развивать синхронную скорость. В этих двигателях и статор, и ротор вращаются с одинаковой скоростью, что обеспечивает синхронизацию. Основной принцип работы заключается в том, что когда двигатель подключен к сети, электричество течет в обмотки статора, создавая вращающееся электромагнитное поле.Это, в свою очередь, индуцируется на обмотках ротора, который затем начинает вращаться.
Требуется внешний источник постоянного тока, чтобы синхронизировать направление и положение вращения ротора с направлением вращения статора. В результате такой блокировки двигатель либо должен работать синхронно, либо не вращаться совсем.
Двигатели асинхронные
Принцип работы асинхронных двигателей почти такой же, как и у синхронных двигателей, за исключением того, что к ним не подключен внешний возбудитель.Проще говоря, асинхронные двигатели, также известные как асинхронные двигатели, также работают по принципу электромагнитной индукции, в которых ротор не получает никакой электроэнергии за счет теплопроводности, как в случае двигателей постоянного тока.
Единственная загвоздка в том, что в асинхронных двигателях нет внешнего устройства, подключенного для возбуждения ротора, и, следовательно, скорость ротора зависит от переменной магнитной индукции. Это изменяющееся электромагнитное поле заставляет ротор вращаться со скоростью, меньшей, чем скорость магнитного поля статора.Поскольку скорость ротора и скорость магнитного поля статора меняются, эти двигатели известны как асинхронные двигатели. Разница в скорости известна как «проскальзывание».
Синхронные и асинхронные двигатели — преимущества и недостатки
- Синхронный двигатель работает с постоянной скоростью и заданной частотой независимо от нагрузки. Но скорость асинхронного двигателя уменьшается с увеличением нагрузки.
- Синхронный двигатель может работать в широком диапазоне коэффициентов мощности, как с запаздыванием, так и с опережением, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с запаздыванием p.f, который может быть очень низким при уменьшении нагрузок.
- Синхронный двигатель не запускается автоматически, тогда как асинхронный двигатель может запускаться самостоятельно.
- На крутящий момент синхронного двигателя не влияют изменения приложенного напряжения, как на асинхронный двигатель.
- Для запуска синхронного двигателя требуется внешнее возбуждение постоянного тока, но асинхронный двигатель не требует внешнего возбуждения для работы.
- Синхронные двигатели обычно дороги и сложны по сравнению с асинхронными двигателями, которые менее дороги и удобны для пользователя.
- Синхронные двигатели особенно хороши для низкоскоростных приводов (ниже 300 об / мин), потому что их коэффициент мощности всегда можно отрегулировать до 1,0, и они очень эффективны. С другой стороны, асинхронные двигатели отлично подходят для скоростей выше 600 об / мин.
- В отличие от асинхронных двигателей, синхронные двигатели могут работать на сверхнизких скоростях за счет использования мощных электронных преобразователей, которые генерируют очень низкие частоты. Их можно использовать для привода дробилок, вращающихся печей и шаровых мельниц с регулируемой скоростью.
Синхронные и асинхронные двигатели — применение
Приложения для синхронных двигателей
- Они обычно используются на электростанциях для достижения соответствующего коэффициента мощности. Они работают параллельно шинам и часто перегружаются извне для достижения желаемого коэффициента мощности.
- Они также используются в обрабатывающей промышленности, где используется большое количество асинхронных двигателей и трансформаторов для преодоления запаздывающей p.f.
- Используется на электростанциях для выработки электроэнергии с заданной частотой.
- Используется для управления напряжением путем изменения его возбуждения в линиях передачи.
Применение асинхронных двигателей
Более 90% двигателей, используемых в мире, являются асинхронными двигателями, и они находят широкое применение в самых разных областях. Некоторые из них:
- Центробежные вентиляторы, нагнетатели и насосы
- Компрессоры
- Конвейеры
- Подъемники, а также краны большой грузоподъемности
- Станки токарные
- Масляные, текстильные, бумажные комбинаты и т. Д.
Заключение
В заключение, синхронные двигатели используются только тогда, когда от машины требуются характеристики низкой или сверхнизкой скорости, а также при желаемых коэффициентах мощности (как отстающих, так и опережающих). В то время как асинхронные двигатели преимущественно используются в большинстве вращающихся или движущихся машин, таких как вентиляторы, подъемники, шлифовальные машины и т. Д.
Что вы думаете об этой статье? Вам это помогло?
Разница между синхронным двигателем и асинхронным двигателем
Двигатели переменного тока можно разделить на две основные категории — (i) синхронный двигатель и (ii) асинхронный двигатель .Асинхронный двигатель обычно называют асинхронным двигателем. Оба типа сильно отличаются друг от друга. Основные различия между синхронным двигателем и асинхронным двигателем обсуждаются ниже.Конструктивная разница
- Синхронный двигатель : Статор имеет осевые пазы, которые состоят из обмотки статора, намотанной на определенное количество полюсов. Обычно используется ротор с явнополюсным ротором, на котором установлена обмотка ротора. Обмотка ротора запитана постоянным током с помощью контактных колец.Также можно использовать ротор с постоянными магнитами.
Синхронный двигатель - Асинхронный двигатель : Обмотка статора аналогична обмотке синхронного двигателя. Он накручивается на определенное количество полюсов. Можно использовать ротор с короткозамкнутым ротором или ротор с обмоткой. В роторе с короткозамкнутым ротором стержни ротора постоянно замкнуты накоротко с концевыми кольцами. В роторе с намоткой обмотки также постоянно закорочены, поэтому контактные кольца не требуются.
Асинхронный двигатель
Разница в рабочем
- Синхронный двигатель : Полюса статора вращаются с синхронной скоростью (Нс) при питании от трехфазного источника питания. Ротор питается от источника постоянного тока. Во время пуска ротор необходимо вращать со скоростью, близкой к синхронной. В этом случае полюса ротора магнитно соединяются с вращающимися полюсами статора, и, таким образом, ротор начинает вращаться с синхронной скоростью.
- Синхронный двигатель всегда работает со скоростью, равной его синхронной скорости.
т.е. Фактическая скорость = Синхронная скорость
или N = Ns = 120f / P - Подробнее о работе синхронного двигателя здесь.
- Асинхронный двигатель : Когда на статор подается двух- или трехфазное питание переменного тока, создается вращающееся магнитное поле (RMF). Относительная скорость между вращающимся магнитным полем статора и ротором вызовет индуцированный ток в проводниках ротора.Ток ротора порождает поток ротора. Согласно закону Ленца, направление этого индуцированного тока таково, что он будет иметь тенденцию противодействовать причине его образования, то есть относительной скорости между RMF статора и ротором. Таким образом, ротор будет пытаться догнать RMF и снизить относительную скорость.
Другие отличия
- Синхронным двигателям требуется дополнительный источник постоянного тока для питания обмотки ротора. Асинхронные двигатели не требуют дополнительного источника питания.
- Контактные кольца и щетки необходимы в синхронных двигателях, но не в асинхронных двигателях (за исключением асинхронного двигателя с обмоткой, в котором двигатели с контактным кольцом используются для добавления внешнего сопротивления обмотке ротора).
- Синхронным двигателям требуется дополнительный пусковой механизм для первоначального вращения ротора, близкого к синхронной скорости. В асинхронных двигателях пусковой механизм не требуется.
- Коэффициент мощности синхронного двигателя можно отрегулировать на отстающий, единичный или опережающий, изменяя возбуждение, тогда как асинхронный двигатель всегда работает с отстающим коэффициентом мощности.
- Синхронные двигатели обычно более эффективны, чем асинхронные.
- Синхронные двигатели дороже.
Разница между базовой и номинальной скоростью асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет две разные скорости. Синхронная скорость относится к вращающемуся магнитному полю статора, которое зависит от количества полюсов и частоты. Другая скорость — это скорость ротора. Скорость ротора всегда будет ниже скорости статора, мы называем это скольжением.Без скольжения асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет крутящего момента. Даже без нагрузки двигатель проскальзывает. Он увеличивается с нагрузкой, в соответствии с кривыми тока x крутящего момента, которые вы можете проверить.
Базовая скорость — это Гц, умноженная на 60, а затем результат делится на половину числа полюсов. Номинальная скорость — это базовая скорость за вычетом скольжения при полной номинальной нагрузке. Асинхронный двигатель замедляется при загрузке.
Асинхронный двигатель должен работать со скоростью ниже магнитного потока вращающегося статора.Движение вперед происходит из-за тока, протекающего в обмотке клетки. Ток в обмотке клетки является результатом перерезания магнитных линий. Скольжение пропорционально крутящему моменту нагрузки. Больше скольжения, больше тока в клетке. Таким образом, крутящий момент пропорционален потоку через воздушный зазор и току, протекающему в обмотке клетки.
Однако производитель асинхронного двигателя должен указать «что-то» на ярлыке двигателя, чтобы описать его. Затем он помещает что-то вроде напряжения, тока (FLA), полюсов, скорости, типа, частоты, изоляции, иногда крутящего момента и т. Д.Но все это значит? Например. если двигатель 460В (на бирке) можно ли запустить его на 380В? Конечно, можете, но остальные значения переменных двигателя также изменятся. Тогда производитель говорит, что вы получите FLA со стандартным током со стандартным напряжением, а затем вы получите стандартное скольжение (скажем, 3%), которое позволит вам запустить двигатель на скорости, которая является стандартной для двигателя. . Скорость двигателя составляет об / мин = (60 * f) / (p / 2). Тогда при f = 60 Гц и p = 4 полюса вы получите 1800 об / мин, но это синхронная скорость двигателя, которой вы никогда не достигнете, если не запустите ее через VFD.Если вам нужна «реальная» скорость двигателя, вы можете найти ее, умножив синхронную скорость на (1-с), где «s» — это скольжение, тогда в нашем случае реальные об / мин = 1800 (1-0,03) = 1746 и это номинальная или стандартная скорость (скорость, указанная на паспортной табличке, или номинальная скорость). Обратите внимание, однако, что это снова НОМИНАЛЬНАЯ нагрузка. Если вы увеличите нагрузку выше номинальной (например, у вас есть ржавый конвейер …), скольжение увеличится до 5%, и вы получите только 1710 об / мин, и FLA тоже изменится.
Что такое «скольжение» в асинхронном двигателе переменного тока?
AutoQuiz редактирует Джоэл Дон, менеджер ISA по социальным сетям.
Этот вопрос викторины по автоматизации исходит из программы сертификации ISA Certified Automation Professional (CAP). Сертификация ISA CAP обеспечивает непредвзятую, стороннюю, объективную оценку и подтверждение навыков профессионала в области автоматизации. Экзамен CAP ориентирован на направление, определение, проектирование, разработку / применение, развертывание, документацию и поддержку систем, программного обеспечения и оборудования, используемых в системах управления, производственных информационных системах, системной интеграции и операционном консалтинге.Щелкните эту ссылку для получения дополнительной информации о программе CAP.
«Скольжение» в асинхронном двигателе переменного тока определяется как:
a) синхронная скорость минус скорость холостого хода
b) разница между скоростью поля статора и скоростью ротора
c) номинальная скорость плюс синхронная скорость
d) скорость, при которой двигатель развивает крутящий момент
e) ничего из вышеперечисленного
Скольжение обычно выражается в процентах и варьируется в зависимости от двигателя от номинальных 0,5 процента для очень больших двигателей до примерно 5 процентов для небольших специализированных двигателей.Если n s — электрическая скорость статора, а n r — механическая скорость ротора, скольжение S определяется как:
S = (n s — n r ) / n s
Вращение двигателя в асинхронном двигателе переменного тока развивается под действием движущегося магнитного поля. Когда скорость ротора падает ниже скорости статора или синхронной скорости, скорость вращения магнитного поля в роторе увеличивается, вызывая больший ток в обмотках ротора и создавая больший крутящий момент.
Для создания крутящего момента требуется скольжение. Под нагрузкой скорость ротора падает, а скольжение увеличивается настолько, чтобы создать достаточный дополнительный крутящий момент для поворота нагрузки. Очень эффективный способ контролировать скольжение — использовать частотно-регулируемый привод
.Правильный ответ — B , «разница между скоростью поля статора и скоростью ротора».
Ссылка : Николас Сэндс, П.Е., Кэп и Ян Верхаппен, П.Энг., КАП. , Справочник по автоматизации.Чтобы прочитать краткие вопросы и ответы с авторами, а также бесплатно загрузить 116-страничный отрывок из книги, щелкните по этой ссылке.
О редакторе
Джоэл Дон — менеджер сообщества ISA и независимый консультант по контент-маркетингу, социальным сетям и связям с общественностью. До своей работы в области маркетинга и PR Джоэл работал редактором региональных газет и национальных журналов по всей территории США. Он получил степень магистра в школе Медилл Северо-Западного университета со специализацией в области науки, техники и биомедицинских маркетинговых коммуникаций, а также степень бакалавра. ученой степени Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Связаться с Джоэлем
Асинхронный двигатель | КСБ
Асинхронный двигатель имеет пассивный ротор, который закорочен постоянно (короткозамкнутый ротор) или временно (см. Ротор с контактным кольцом). Он может производить до нескольких мегаватт и чаще всего используется в качестве стандартного трехфазного двигателя в промышленных приложениях.
Магнитное поле в асинхронном двигателе создается током намагничивания, передаваемым через предоставленную электрическую энергию.Асинхронные двигатели характеризуются скольжением, т.е. е. зависящая от нагрузки разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращающегося поля питающего напряжения.
Ротор представляет собой металлическую клетку с осевыми стержнями, расположенными симметрично по кругу и прикрепленными к кольцу короткого замыкания (концевому кольцу) на каждом конце.
Статор состоит из распределенных катушек, которые индуцируют напряжение в стержнях ротора (см. Индукция) посредством вращающегося магнитного поля. Это приводит к сильному протеканию тока в короткозамкнутых стержнях, который создает силу между ротором и статором в магнитном поле и приводит к электромагнитному взаимодействию, ответственному за асинхронизм.Асинхронные двигатели подвержены значительным потерям в статоре и роторе.
В двигателях с контактным ротором трехфазная обмотка ротора подключается к переменным резисторам, обычно используемым в качестве жидкостных пускателей, через контактные кольца. Такая конструкция обеспечивает плавный процесс пуска, который не создает ударной нагрузки на сеть электропитания и позволяет в определенной степени изменять скорость. Однако это также приводит к значительным потерям мощности.
Обмотки ротора с короткозамкнутым ротором обычно состоят из одно- или двухпроводных шин, закороченных на концах кольцевым проводником.Роторы с короткозамкнутым ротором очень просты по конструкции, надежны и не требуют обслуживания. См. Рис.1 Асинхронный двигатель
Рис.1 Асинхронный двигатель: Асинхронный двигатель в разрезе
В отношении контакта с водой различают двигатели с сухим ротором, погружные двигатели и двигатели с мокрым ротором. См. Рис.2 Асинхронный двигатель
| Внутреннее смачивание | Внешнее смачивание | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Ротор | Обмотка | Сухой корпус | Влажный корпус (погружной двигатель | Сухой двигатель (с защитой от проникновения воды или без нее) | Сухой (заполненный воздухом) погружной двигатель |
| Влажный (двигатель с мокрым ротором) | Сухой двигатель (герметичный двигатель) | Двигатель с мокрым ротором насоса с мокрым ротором | Полностью погружной двигатель (заполненный жидкостью) | ||
Рис.2 Асинхронный двигатель: Обозначение асинхронных двигателей в зависимости от влажности
Сухой двигатель имеет различные типы защиты от проникновения воды (см. Тип защиты).
Погружной электродвигатель частично или полностью погружен в воду и обычно устанавливается в вертикальном положении. Тепло, вырабатываемое двигателем, передается непосредственно окружающей обрабатываемой жидкости. Его отличительной особенностью является корпус двигателя, который смачивается снаружи (см. Погружной электронасос).Внутреннее смачивание и глубина погружения отличают погружные двигатели с масляным или воздушным наполнением для малых и средних глубин погружения (погружные насосы для сточных вод) от полностью погружных двигателей.
См. Рис. 3, 4 Насос для сточных вод
Полностью погружные двигатели смачиваются жидкостью, находящейся внутри и снаружи. Они рассчитаны на любую глубину погружения и, прежде всего, используются в скважинах (см. Погружные скважинные насосы), поэтому они имеют небольшой диаметр и относительно длинные.Полностью погружные двигатели могут быть оснащены мокрой обмоткой статора (включая водонепроницаемую пластиковую изоляцию) или, в сочетании с корпусом, сухой обмоткой (см. Герметичный моторный насос).
Двигатель с мокрым ротором заполнен жидкостью и, в отличие от погружного двигателя, его корпус не смачивается снаружи. Он имеет подшипники с жидкостной смазкой (см. Подшипники скольжения) и вместе с насосом образует герметичный насосный агрегат (насос с мокрым ротором). Двигатель может быть оборудован мокрой обмоткой статора или, в сочетании с корпусом, сухой обмоткой, и часто является двигателем, который выбирают для циркуляционных насосов.
Модель динамики трехфазной асинхронной машины, также известной как индукционная машина, в единицах СИ или о.у.
Представлять ли крутящий момент, приложенный к валу или ротору. скорость как входной сигнал блока Simulink ® , или чтобы представить вал машины как Вращающийся механический порт Simscape ™.
Выберите Torque Tm , чтобы указать входной крутящий момент в Н · м или о.е.
а так и выставить порт Тм . Скорость машины
определяется по инерции станка Дж (для СИ
машины) или константа инерции H (для машины pu)
и разницей между приложенным механическим крутящим моментом Tm , и внутренний электромагнитный момент, Те .Когда скорость положительная, положительный крутящий момент
сигнал указывает на режим двигателя, а отрицательный сигнал указывает на генератор
режим.
Выберите Speed w , чтобы указать ввод скорости в дюймах.
рад / с или в о.у. и выставить порт w . Машина
скорость навязывается и механическая часть модели (машина
инерция J ) игнорируется. Используя скорость как
механический ввод позволяет моделировать механическую связь между двумя
машины.
На рисунке показано, как смоделировать жесткое соединение валов в мотор-генераторной установке. когда в машине 2 игнорируется момент трения. Выходная скорость машина 1 (двигатель) подключена к входу скорости машины 2 ( генератор), а выход электромагнитного момента машины 2 Te применяется к механическому входу крутящего момента Tm станка 1. Коэффициент Kw учитывает единицы скорости обеих машин (рад / с или о.е.) и передаточное число коробки передач w2 / w1.Коэффициент KT учитывает единицы крутящего момента обеих машин (Н.м или пу) и номиналы машин. Также из-за инерции J2 игнорируется в машине 2, J2 относится к скорости машина 1 и должна быть добавлена к инерции машины 1 Дж1 .
Выберите Механический вращающийся порт , чтобы открыть механический вращающийся порт Simscape, S , который
позволяет соединять вал машины с другими блоками Simscape, которые имеют механические порты вращения.
На рисунке показано, как подключить идеальный крутящий момент Исходный блок из библиотеки Simscape на вал машины для представления машины в в режиме двигателя или в режиме генератора, когда частота вращения ротора положительный.
Строительство, работа, различия и применение
В электрических машинах, таких как двигатели, мы часто путаемся с типами двигателей, такими как синхронный двигатель, а также с асинхронным двигателем с их применением.Эти двигатели используются в различных приложениях благодаря надежности, а также прочности. Как следует из названия, название этого двигателя происходит от того факта, что ротор в двигателе работает асинхронно с вращающимся магнитным полем. Итак, в этой статье дается обзор асинхронного двигателя, конструкции, принципа работы и т. Д.
Что такое асинхронный двигатель?
Определение: Электродвигатель, работающий с переменным током, известен как асинхронный двигатель.Этот двигатель в основном работает на индуцированном токе внутри ротора от вращающегося магнитного поля статора. В этой конструкции двигателя движение ротора не может быть синхронизировано через движущееся поле статора. Поле вращающегося статора этого двигателя может индуцировать ток в обмотках ротора. В свою очередь, этот ток будет создавать силу, толкающую ротор в направлении статора. В этом двигателе, поскольку ротор не совпадает по фазе со статором, создается крутящий момент.
Асинхронный двигательЭто наиболее распространенный тип двигателя.В частности, в промышленности используется трехфазный асинхронный двигатель по таким причинам, как низкая стоимость, простота обслуживания и простота обслуживания. Характеристики этого двигателя хороши для сравнения с однофазным двигателем. Основная особенность этого мотора в том, что скорость не может быть изменена. Рабочая скорость этого двигателя в основном зависит от частоты, а также от номера. полюсов.
Конструкция асинхронного двигателя
В этой конструкции двигателя нет магнитов.В этой конструкции двигателя фазы могут быть соединены с катушками. Так что магнитное поле может быть создано. В этом двигателе ток внутри ротора может быть активирован за счет индуцированного напряжения вращающегося поля. Как только магнитное поле проходит через ротор, на роторе индуцируется напряжение. Потому что магнитное поле ротора может быть создано за счет магнитного поля статора. Обычно магнитное поле ротора движется асинхронно по направлению к магнитному полю статора или с задержкой во времени.Таким образом, задержка между двумя магнитными полями может быть известна как «проскальзывание».
Конструкция асинхронного двигателяАсинхронный двигатель работает
Принцип работы этого двигателя почти такой же, как и у двигателя синхронного типа, за исключением внешнего возбудителя. Эти двигатели, также называемые асинхронными двигателями, работают по принципу электромагнитной индукции, когда ротор в этом двигателе не получает никакой электроэнергии за счет теплопроводности, как в случае двигателей постоянного тока. У этих двигателей нет внешних устройств для стимуляции ротора внутри двигателя.Таким образом, скорость вращения ротора в основном зависит от нестабильной магнитной индукции.
Изменяющееся электромагнитное поле может вызвать вращение ротора с меньшей скоростью, чем магнитное поле статора. Когда скорость ротора, а также скорость магнитного поля внутри статора изменяется, эти двигатели называются асинхронными двигателями. Изменение скорости можно назвать скольжением.
Разница между синхронным и асинхронным двигателем
Различия между синхронным и асинхронным двигателем указаны в следующей таблице.
| Функция | Синхронный двигатель | Асинхронный двигатель |
| Определение | Это один из видов машин, в котором скорость ротора и скорость магнитного поля статора эквивалентны. N = NS = 120f / P | Это один из видов машин, в которых ротор вращается с меньшей скоростью по сравнению с синхронной скоростью. N меньше NS |
| Тип | Типы синхронных: переменное сопротивление, бесщеточный, гистерезисное и переключаемое сопротивление. | Индукция переменного токатакже известна как асинхронный двигатель. |
| Клинья | Значение скольжения этого двигателя равно нулю | Значение скольжения этого двигателя не равно нулю |
| Стоимость | Дорого | Меньше стоимости |
| КПД | Высокоэффективный | Низкоэффективный |
| Скорость | Скорость двигателя не зависит от несоответствия нагрузки. | Скорость двигателя уменьшается при увеличении нагрузки. |
| Электропитание | Электропитание может подаваться на ротор двигателя | Ротор в этом двигателе не нуждается в токе. |
| Самозапуск | Этот двигатель не запускается автоматически | Этот двигатель самозапускается |
| Эффект крутящего момента | Как только приложенное напряжение изменится, это не повлияет на крутящий момент этого двигателя | Как только приложенное напряжение изменится, это повлияет на крутящий момент этого двигателя |
| Коэффициент мощности | Коэффициент мощности может быть изменен после изменения возбуждения на основе запаздывания, единицы или опережения. | Он просто работает с отстающим коэффициентом мощности. |
| Приложения | Эти двигатели применяются в промышленности, на электростанциях и т. Д. Этот двигатель также используется в качестве регулятора напряжения | Эти двигатели применяются в вентиляторах, центробежных насосах, бумажных фабриках, воздуходувках, лифтах, компрессорах, текстильных фабриках и т. Д. |
Преимущества
К преимуществам асинхронного двигателя можно отнести следующее.
- Стоимость за вычетом
- Простота обслуживания
- КПД высокий при работе с частичной нагрузкой
- Подходит для высоких скоростей вращения, что позволяет достигать высоких оборотов в секунду вместе с инверторами VECTOPOWER.
Приложения
Большинство двигателей, используемых в различных приложениях в мире, являются асинхронными.Приложения в основном включают следующее.
- Центробежные насосы
- Воздуходувки
- Вентиляторы
- Конвейеры
- Компрессоры
- Тяжелые краны
- Подъемники
- Станки токарные
- Бумажные фабрики
- Oil Mills
- Текстиль
Часто задаваемые вопросы
1). Почему асинхронный двигатель еще называют асинхронным двигателем?
Асинхронный двигатель зависит от индуцированного тока внутри ротора от вращающегося магнитного поля в статоре.