Загрузка...Параметры трехфазного асинхронного двигателя
Основные характеристики асинхронных электродвигателей
1. Виды электродвигателей
Наибольшее распространение имеет трехфазный асинхронный электродвигатель. Электродвигатели постоянного тока и синхронные применяются редко.
Большинство электрифицированных машин нуждаются в приводе мощностью от 0,1 до 10 кВт, значительно меньшая часть — в приводе мощностью в несколько десятков кВт. Как правило, для привода рабочих машин используются короткозамкнутые трехфазные электродвигатели. По сравнению с фазным такой электродвигатель имеет более простую конструкцию, меньшую стоимость, большую надежность в эксплуатации и простоту в обслуживании, несколько более высокие эксплутационные показатели (коэффициент мощности и коэффициент полезного действия), а при автоматическом управлении требует простой аппаратуры. Недостаток короткозамкнутых электродвигателей — относительно большой пусковой ток. При соизмеримости мощностей трансформаторной подстанции и электродвигателя его пуск сопровождается заметным снижением напряжения сети, что усложняет как пуск самого двигателя, так и работу соседних токоприемников.
Наряду с трехфазными асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями основного исполнения применяются также отдельные модификации этих двигателей: с повышенным скольжением, многоскоростные, с фазным ротором, с массивным ротором и т. д. Электродвигатели с фазным ротором применяют и в тех случаях, когда мощность питающей сети недостаточна для пуска двигателя с короткозамкнутым ротором.
Механические характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором в значительной мере зависят от формы и размеров пазов ротора, а также от способа выполнения роторной обмотки. По этим признакам
Рис. 1. Кривые моментов M = f(S) асинхронных электродвигателей
различают электродвигатели с нормальным ротором (нормальная беличья клетка), с глубоким пазом и с двумя клетками на роторе. Конструкция ротора короткозамкнутых асинхронных электродвигателей общего назначения мощностью свыше 500 Вт предопределяет явление вытеснения тока в обмотке, эквивалентно увеличению ее активного сопротивления. Поэтому, а также вследствие насыщения магнитных путей потоков рассеивания такие электродвигатели (в первую очередь обмотки ротора) обладают переменными параметрами и аналитические выражения их механических характеристик усложняются. Увеличение активного сопротивления ротора в период пуска вызывает увеличение начального пускового момента при некотором снижении силы начального пускового тока (рис. 1).
2. Основные характеристики электродвигателей
Номинальный режим электродвигателя соответствует данным, указанным на его щитке (паспорте). В этом режиме двигатель должен удовлетворять требованиям, установленным ГОСТом.
Существует восемь различных режимов работы, из них основными можно считать:
· продолжительный номинальный режим;
· кратковременный номинальный режим с длительностью рабочего периода 10, 30 и 90 мин;
· повторно-кратковременный номинальный режим с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40, 60%, с продолжительностью одного цикла не более 10 мин.
Номинальной мощностью Р н электродвигателя называется указанная на щитке полезная механическая мощность на валу при номинальном режиме работы. Номинальная мощность выражается в Вт или кВт.
Номинальная частота вращения nн вала электродвигателя называется указанное на щитке число оборотов в минуту, соответствующее номинальному режиму.
Номинальный момент вращения — момент, развиваемый двигателем на валу при номинальной мощности и номинальной частоте вращения:
М н — номинальный момент вращения, Н·м (1 кгс·м = 9,81 Н·м ≈ 10 Н·м);
Р н — номинальная мощность, кВт;
n н — номинальная частота вращения, об/мин.
Номинальный к.п.д. hн электродвигателя — отношение его номинальной
мощности к мощности, потребляемой им из сети при номинальном напряжении:
Р н — номинальная мощность, кВт;
U н — номинальное (линейное) напряжение, В;
I н — номинальная сила тока, А;
cosφн — номинальный коэффициент мощности.
Номинальной силой тока электродвигателя называется сила тока, соответствующая номинальному режиму. Действительное значение силы тока при номинальном режиме может отличаться от указанного на щитке электродвигателя в пределах установленных допусков для к.п.д. и коэффициента мощности.
Максимальный вращающий момент электродвигателя — наибольший вращающий момент, развиваемый при рабочем соединении обмоток и постепенном повышении момента сопротивления на валу сверх номинального при условии, что напряжение на зажимах двигателя и частота переменного тока остаются неизменными и равными номинальным значениям.
Начальный пусковой вращающий момент электродвигателя — момент вращения его при неподвижном роторе, номинальных значениях напряжения и частоты переменного тока и рабочем соединении обмоток.
Минимальным вращающим моментом электродвигателя в процессе пуска называется наименьший вращающий момент, развиваемый двигателем при рабочем соединении обмоток и частоте вращения в пределах от нуля до значения, соответствующего максимальному вращающему моменту (напряжение на зажимах двигателя и частота переменного тока должны оставаться неизменными и равными их номинальным значениям).
Номинальная частота вращения вала электродвигателя является следующим за мощностью параметром, от которого в значительной мере зависят конструктивное оформление, габариты, стоимость и экономичность работы электропривода. Наиболее приемлемыми в диапазоне мощностей от 0,6 до 100 кВт являются частоты вращения 3000, 1500 и 1000 об/мин (синхронные). Электродвигатели с частотой вращения 750 об/мин (восьмиполюсные) малых мощностей имеют низкие энергетические показатели. При одинаковой мощности электродвигатели с более высокой частотой вращения имеют более высокие значения к.п.д. и cosφ, а также меньшие размеры и массу, что определяет их меньшую стоимость.
Сила тока холостого хода I в значительной мере определяется силой намагничивающего тока I 0Р. приближенно можно считать I = I 0P . Для машин
основного исполнения относительное значение силы тока холостого хода
I = (0,2—0,6)I н (оно тем больше, чем меньше номинальная частота вращения и мощность электродвигателя). Зависимость тока холостого хода от частоты вращения электродвигателя приведена в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Токи холостого хода для двигателей основного исполнения
Среднее значение токов холостого хода
(в долях от силы номинального тока) при синхронной частоте вращения, об/мин
Технические характеристики трехфазных электродвигателей
Технические характеристики электродвигателей
Технические характеристики, они же паспортные данные электродвигателя — это характеристики которые указываются заводом-изготовителем на шильдочке прикрепляемой к корпусу электродвигателя.
В случае если шильдик с паспортными данными не сохранился характеристики электродвигателя можно определить расчетным путем.
Шильдик с характеристиками (паспортными данными) электродвигателя:
И так, какую же информацию мы видим на шильдике электродвигателя? Разберем каждый параметр в отдельности:
Сначала указывается тип, марка и заводской номер электродвигателя, на этом мы останавливаться не будем. Далее по пунктам:
- 3Ф — трехфазный электродвигатель.
— переменный ток сети.
- Класс внутренней защиты корпуса, в нашем случае IP54 — пылезащищенный корпус с защитой от водяных брызг. Подробнее о том как расшифровывать Коды классов внутренней защиты вы можете прочитать в этой статье.
- Класс изоляции обмоток электродвигателя — показывает до каких температур может нагреваться электродвигатель в процессе работы без вреда для изоляции его обмоток.
Всего есть семь классов изоляции по нагревостойкости:
2. Таблица технических характеристик электродвигателей аир
Ниже представлены технические характеристики асинхронных электродвигателей серии АИР, кроме того вы можете самостоятельно произвести расчет характеристик электродвигателя с помощью онлайн калькулятора.
ПРИМЕЧАНИЕ: Пусковой ток электродвигателя рассчитывается путем умножения номинального тока (тока статора) на кратность пускового тока:
Приведенные в таблице данные электродвигателей могут немного отличаться в зависимости от производителя электродвигателя и года выпуска.
Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.
Параметры трехфазного асинхронного двигателя
Трехфазный асинхронный двигатель
Целью работы является изучение работы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и снятие его механической и рабочей характеристик.
Краткие теоретические сведения
Простота конструкции, надежность в работе, экономичность и невысокая стоимость являются основными причинами широкого использования асинхронных двигателей в промышленности.
Частота вращения магнитного поля статора n 1 определяется по формуле
n 1 = , об/мин (1)
где f 1 — частота сети, Гц;
р — число пар полюсов.
Разность в частотах вращения ротора n 2 и поля статора n 1 выражают скольжением
s = (2)
Скольжение возрастает с увеличением нагрузки на валу двигателя. У современных двигателей в зависимости от серии и назначения скольжение при номинальной нагрузке составляет 2…8%. При холостом ходе скольжение составляет всего 0,1…0,3%.
Если считать скольжение при номинальной нагрузке s н равным 5%, то можно указать частоты вращения ротора асинхронных двигателей при питании от сети с f = 50 Гц.
Асинхронные двигатели малой и средней мощности, благодаря возможности соединения обмоток статора по схеме Y/Δ или Δ/ Y, могут работать при питании от двух соответствующих напряжений 380/220 В.
На заводском щитке двигателя это обозначается как
Простейшим способом пуска в ход двигателя с короткозамкнутым ротором и номинальной мощностью до 100 кВт является непосредственное включение обмотки статора в трехфазную цепь.
Частота вращения ротора двигателя может быть выражена формулой
n 1 = (1– s 1), об/мин. (3)
Электрическая мощность Р 1, потребляемая асинхронным двигателем от сети, расходуется на полезную мощность Р 2 на валу и потери мощности на нагрев обмоток статора и ротора ΔР э1 и ΔР э2, потери в магнитопроводе статора и в стали ротора от вихревых токов и на гистерезис ΔР ст и на потери от трения в подшипниках ΔР тр.
Таким образом,баланс мощности в двигателе выразится так
Активная мощность двигателя, потребляемая из сети, вычисляется по формуле
где Р 1ф = U 1ф ∙ I 1 – мощность одной фазы, измеренная ваттметром, Вт.
Механическая мощность, развиваемая на валу двигателя, Р мех складывается из полезной мощности на валу Р 2 и потерь на трение Р тр
Механическая мощность может быть определена по формуле
где М – вращающий момент, Нм;
n 2 – частота вращения ротора, обмин.
Магнитные потери в магнитопроводе статора, т.е. потери в стали ΔР ст, практически не изменяются при увеличении нагрузки на валу Р 2 и называются постоянными.
С другой стороны, потери на нагрев обмоток статора и ротора, т.е. потери в меди ΔР э зависят от нагрузки и называются переменными.
Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя η определяется как отношение полезной мощности на валу Р 2 к потребляемой из сети Р 1
η = = (8)
Полезная мощность двигателя на валу Р 2 может быть определена по формуле
Р 2 = М ∙ ω = М ∙ , Вт (9)
η = = = , (11)
где U 1ф, В; I 1ф, А; Cos φф – напряжение, ток и коэффициент мощности фазы двигателя.
Р 1 – потребляемая активная мощность двигателя.
Коэффициент мощности Cos φф зависит от нагрузки на валу двигателя и определяется отношением активной мощности к полной мощности фазы статора двигателя
Cos φф = = (12)
В лабораторной работе коэффициент мощности Cos φ измеряется непосредственно фазометром, а также может быть вычислен по показаниям ваттметра, вольтметра и амперметра, включенных в фазу двигателя (рис.1).
Основной характеристикой асинхронного двигателя, называемой механической, является зависимость n 2 = f (M), т.е. зависимость частоты вращения ротора двигателя от вращающего момента (рис.1).
Рис.1. Механическая характеристика асинхронного двигателя.
Вращающий момент асинхронного двигателя определяют по формуле
М = , Нм (13)
где U 1ф – фазное напряжение обмотки статора, В;
n 1 – синхронная частота вращения магнитного поля статора, об/мин;
р – число пар полюсов;
R 1, R 2 ’ , Х к – параметры схемы замещения асинхронного двигателя, Ом (рис.2).
Рис.2. Схема замещения асинхронного двигателя.
Вращающий момент асинхронного двигателя в лабораторной работе измеряется по щкале электромагнитного тормоза, соединенного с валом двигателя, в г∙см (1 Нм = 9800 г∙см).
Вращающий момент асинхронного двигателя зависит от величины подводимого к фазе статора напряжения в квадрате , скольжения s, частоты тока в статоре f 1 и конструктивных параметров двигателя (числа пар полюсов, активного сопротивления обмоток двигателя и т.д.).
Меняя значение скольжения s при остальных постоянных в формуле вращающего момента можно получить различные значения моментов М н, М кр, М п , показанных на естественной механической характеристике (рис.1) .
Номинальный вращающий момент М н может быть определен по формулам
М н = 9,55 , Нм (14)
М н = 9,55 , Нм (15)
Наиболее полно и наглядно свойства асинхронного двигателя выявляются с помощью рабочих характеристик.
К рабочим характеристикам относятся зависимость частоты вращения ротора n 2, вращающего момента М, скольжения s тока фазы статора I 1ф, коэффициента мощности Сos φ и к.п.д. двигателя от полезной мощности на валу Р 2 при U 1 = Const и f 1 = Const.
При повышении Р 2 величина скольжения s увеличивается, т.к. при увеличении нагрузки на валу частота вращения ротора уменьшается (рис.3).
Рис.3. Зависисмость величины скольжения от полезной мощности на валу.
При холостом ходе, когда Р 2 = 0 , частота вращения ротора n 2 может быть принята равной частоте вращения магнитного поля статора n 1 и s = 0.
Рис.4. Механическая характеристика асинхронного двигателя.
Вращающий момент М на валу ротора можно считать состоящим из полезного момента, расходуемого на совершение полезной работы, и момента холостого хода М , расходуемого на преодоление трения. Эта доля вращающего момента практически не зависит от нагрузки на валу Р 2.
Таким образом, можно считать, что М ≈ . Если бы частота вращения ротора была постоянной, то рабочая характеристика была бы линейно возрастающей. В действительности же частота вращения ротора n 2 уменьшается при увеличении Р 2, в связи с этим характеристика М = f (Р 2) нелинейна и вращающий момент М быстро нарастает с увеличением Р 2 (рис.5).
Если не учитывать ток холостого хода двигателя, составляющий 7…8% от I 1ф , то ток в фазе статора пропорционален полезной мощности Р 2 и увеличивается при ее повышении. При холостом ходе Р 2 = 0 и I 1ф = I 10 (рис. 5).
При холостом ходе двигателя коэффициент мощности Cos φ двигателя мал и обычно не превышает 0,2, но затем при увеличении нагрузки на валу Р 2 он быстро растет и достигает максимума при мощности, близкой к номинальной (рис. 6). Это происходит потому, что при возрастании нагрузки активная мощность Р 1, потребляемая из сети, увеличивается, а реактивная мощность Q 1 почти не изменяется. Вследствие этого главный магнитный поток практически остается постоянным. При нагрузках больше номинальных Cos φ снижается в связи со значительным ростом реактивных мощностей, связанных с влиянием потоков рассеяния.
Анализируя зависимость η = f (Р 2) , можно видеть, что при изменении нагрузки на валу Р 2 постоянные потери ΔР тр и ΔР ст практически не изменяются, а начальный момент увеличение потерь в активном сопротивлении обмоток ΔР э значительно меньше роста полезной мощности на валу. При Р 2 = Р 2н постоянные потери ΔР тр и ΔР ст становятся равными переменным ΔР э , а доля потерь в энергетическом балансе уже становится соизмеримой с Р 2 . Вследствие этого к.п.д. начинает несколько уменьшаться (рис. 7).
План работы.
1. Ознакомиться с конструкцией асинхронного двигателя, типами измерительных приборов, устройством электромагнитного тормоза. В форму, предусмотренную отчетом по лабораторной работе, записать технические данные используемых приборов и электрооборудования.
2. Собрать электрическую схему (рис. 8) и предъявить ее для проверки преподавателю или лаборанту.
3. После проверки схемы поставить регулятор автотрансформатора (АТ) в положение «0» и включить выпрямитель.
4. Включить фототахометр и нажать кнопку «Пуск» на электрическом стенде.
5. При помощи автотрансформатора (АТ) изменить момент сопротивления электромагнитного тормоза в пределах 0…0,01 Нм (0,100.200,300,400,500,600,700,800,900,1000 г∙см).
6. Измерить по приборам следующие величины: напряжение на фазе двигателя U 1ф по вольтметру V, ток в фазе I 1ф по амперметру А1, потребляемую фазой двигателя активную мощность P 1ф по ваттметру W, частоту вращения ротора n по фототахометру.
Измерения произвести для 11 различных моментов сопротивления на валу двигателя.
Механические и электрические характеристики асинхронных электродвигателей
В данной статье осветим тему механических и электрических характеристик электродвигателей. На примере асинхронного двигателя рассмотрим такие параметры как мощность, работа, КПД, косинус фи, вращающий момент, угловая скорость, линейная скорость и частота. Все эти характеристики оказываются важными при проектировании оборудования, в котором электродвигатели служат в качестве приводных. Сегодня особенно широко распространены в промышленности именно асинхронные электродвигатели, поэтому на их характеристиках и остановимся. Для примера рассмотрим АИР80В2У3.
Номинальная механическая мощность асинхронного электродвигателя
На шильдике (на паспортной табличке) электродвигателя указывается всегда номинальная механическая мощность на валу данного двигателя. Это не та электрическая мощность, которую данный электродвигатель потребляет из сети.
Так, например, для двигателя АИР80В2У3, номинал в 2200 ватт соответствует именно механической мощности на валу. То есть в оптимальном рабочем режиме данный двигатель способен выполнять механическую работу 2200 джоулей каждую секунду. Обозначим эту мощность как P1 = 2200 Вт.
Номинальная активная электрическая мощность асинхронного электродвигателя
Чтобы определить номинальную активную электрическую мощность асинхронного электродвигателя, опираясь на данные с шильдика, необходимо принять в расчет КПД. Так, для данного электродвигателя КПД составляет 83%.
Что это значит? Это значит, что только часть активной мощности, подаваемой из сети на обмотки статора двигателя, и безвозвратно потребляемой двигателем, преобразуется в механическую мощность на валу. Активная мощность равна P = P1/КПД. Для нашего примера, по представленному шильдику видим, что P1 = 2200, КПД = 83%. Значит P = 2200/0,83 = 2650 Вт.
Номинальная полная электрическая мощность асинхронного электродвигателя
Полная электрическая мощность, подаваемая на статор электродвигателя от сети всегда больше механической мощности на валу и больше активной мощности, безвозвратно потребляемой электродвигателем.
Для нахождения полной мощности достаточно активную мощность разделить на косинус фи. Таким образом, полная мощность S = P/Cosφ. Для нашего примера P = 2650 Вт, Cosφ = 0,87. Следовательно полная мощность S = 2650/0,87 = 3046 ВА.
Номинальная реактивная электрическая мощность асинхронного электродвигателя
Часть полной мощности, подаваемой на обмотки статора асинхронного электродвигателя, возвращается в сеть. Это реактивная мощность Q.
Реактивная мощность связана с полной мощностью через sinφ, и связана с активной и с полной мощностью через квадратный корень. Для нашего примера:
Q = √( 3046 2 — 2650 2 ) = 1502 ВАР
Реактивная мощность Q измеряется в ВАР — в вольт-амперах реактивных.
Теперь давайте рассмотрим механические характеристики нашего асинхронного двигателя: номинальный рабочий момент на валу, угловую скорость, линейную скорость, частоту вращения ротора и ее связь с частотой питания электродвигателя.
Частота вращения ротора асинхронного электродвигателя
На шильдике мы видим, что при питании переменным током частотой в 50 Гц, ротор двигателя совершает при номинальной нагрузке 2870 оборотов в минуту, обозначим эту частоту как n1.
Что это значит? Поскольку магнитное поле в обмотках статора создается переменным током частотой 50 Гц, то для двигателя с одной парой полюсов (коим является АИР80В2У3) частота «вращения» магнитного поля, синхронная частота n, оказывается равной 3000 оборотов в минуту, что тождественно 50 оборотам в секунду. Но поскольку двигатель асинхронный, то ротор вращается с отставанием на величину скольжения s.
Значение s можно определить, разделив разность синхронной и асинхронной частот на синхронную частоту, и выразив это значение в процентах:
s = ( ( n – n1 )/ n) *100%
Для нашего примера s = ( (3000 – 2870)/3000 ) *100% = 4,3%.
Угловая скорость асинхронного двигателя
Угловая скорость ω выражается в радианах в секунду. Для определения угловой скорости достаточно частоту вращения ротора n1 перевести в обороты в секунду (f), и умножить на 2 Пи, поскольку один полный оборот составляет 2 Пи или 2*3,14159 радиан. Для двигателя АИР80В2У3 асинхронная частота n1 составляет 2870 оборотов в минуту, что соответствует 2870/60 = 47,833 оборотам в секунду.
Умножая на 2 Пи, имеем: 47,833*2*3,14159 = 300,543 рад/с. Можно перевести в градусы, для этого вместо 2 Пи подставить 360 градусов, тогда для нашего примера получится 360*47,833 = 17220 градусов в секунду. Однако подобные расчеты обычно ведут именно в радианах в секунду. Поэтому угловая скорость ω = 2*Пи*f, где f = n1/60.
Линейная скорость асинхронного электродвигателя
Линейная скорость v относится к оборудованию, на котором асинхронный двигатель установлен в качестве привода. Так, если на вал двигателя установлен шкив или, скажем, наждачный диск, известного радиуса R, то линейная скорость точки на краю шкива или диска может быть найдена по формуле:
Номинальный вращающий момент асинхронного двигателя
Каждый асинхронный электродвигатель характеризуется номинальным вращающим моментом Мн. Вращающий момент М связан с механической мощностью P1 через угловую скорость следующим образом:
Вращающий момент или момент силы, действующей на определенном расстоянии от центра вращения, для двигателя сохраняется, причем с ростом радиуса уменьшается сила, а чем радиус меньше, тем больше сила, поскольку:
Так, чем больше радиус шкива, тем меньшая сила действует на его краю, а наибольшая сила действует непосредственно на валу электродвигателя.
Для приведенного в качестве примера двигателя АИР80В2У3 мощность P1 равна 2200 Вт, а частота n1 равна 2870 оборотов в минуту или f = 47,833 оборота в секунду. Следовательно угловая скорость составляет 2*Пи*f, то есть 300,543 рад/с, и номинальный вращающий момент Мн равен P1/(2*Пи*f). Мн = 2200/(2*3,14159*47,833) = 7,32 Н*м.
Таким образом, исходя из данных, указанных на шильдике асинхронного электродвигателя, можно найти все основные электрические и механические его параметры.
Надеемся, что данная статья помогла вам разобраться в том, как связаны между собой угловая скорость, частота, вращающий момент, активная, полезная и полная мощность, а также КПД электродвигателя.