Personalcam.ru

Авто Аксессуары
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тема 3. 2 Пуск, реверсирование и регулирование частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя

Тема 3.2 Пуск, реверсирование и регулирование частоты вращения трехфазного асинхронного двигателя

-собирать электрические схемы для управления пуском и реверсом асинхронного двигателя.

Пуск в ход асинхронного двигателя с короткозамкнутым и с фазным ротором. Пусковые свойства трехфазных асинхронных двигателей. Реверсирование асинхронных двигателей. Способы регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных двигателей.

Методические указания:

Вопросы, изложенные в данной теме, имеют большое практическое значение. В момент пуска двигатель находится в режиме короткого замыкания (КЗ) и по обмотке статора протекает ток КЗ (пусковой). Для уменьшения величины пускового тока используют различные способы пуска двигателя (непосредственным включением в сеть; при пониженном напряжении: переключение обмотки статора со звезды на треугольник, пуск через понижающий автотрансформатор, реакторный пуск; пуск включением в цепь ротора дополнительного сопротивления и др.). Следует обратить внимание на область применения каждого способа, его достоинства и недостатки, возможность улучшения пусковых свойств.

В процессе эксплуатации АД часто возникает необходимость в регулировании частоты вращения приводного механизма путем регулирования частоты вращения электродвигателя. Особо остро этот вопрос ставится в настоящее время. Существуют несколько способов регулирования частоты вращения, но, практически не один из них не дает возможности плавной, экономичной и простой регулировки, что является недостатком асинхронных двигателей и ограничивает их применение.

Вопросы для контроля:

3.11.Чем оцениваются пусковые свойства асинхронных двигателей?

3.12.Почему при увеличении активного сопротивления ротора возрастает пусковой момент двигателя?

3.13. Почему при разгоне двигателя добавочное активное сопротивление в цепи ротора нужно уменьшить?

3.14. Каковы недостатки пуска прямым включением в сеть?

3.15.Можно ли улучшить пусковые свойства двигателей изменяя конструкцию?

3.16. Из какого материала и почему изготавливают пусковую и рабочую обмотку двухклеточного асинхронного двигателя?

3.17. Что представляет собой пусковая диаграмма двигателя?

3.18. Какие вы знаете способы регулирования частоты вращения?

3.19. При каком способе регулирования частоты можно осуществить плавное регулирование и где его целесоосбразно применять?

Литература(1, стр.182- 196)

Тема 3.3 Однофазный и конденсаторный двигатели

-устройство и принцип действия однофазного асинхронного двигателя;

-устройство и принцип действия конденсаторного асинхронного двигателя;

-безопасные условия эксплуатации;

-опытным путем определять механические характеристики однофазного и конденсаторного двигателей;

-включать трехфазный асинхронный двигатель в однофазную сеть.

Устройство и принцип действия однофазного асинхронного двигателя. Механическая характеристика однофазного асинхронного двигателя. Пуск в ход однофазного двигателя. Работа трехфазного асинхронного двигателя в однофазном режиме.

Фазосдвигающие элементы. Устройство и принцип действия конденсаторного асинхронного двигателя. Безопасные правила эксплуатации.

Методические указания

Однофазные и конденсаторные асинхронные двигатели получили широкое применение в быту, однако в конструкции однофазных и конденсаторных двигателей имеются некоторые отличия по сравнению с трехфазными. Значительно отличается и рабочий процесс однофазных и конденсаторных АД, их пусковые и механические характеристики.

Вопросы для контроля:

3.20.Почему пусковой момент однофазного асинхронного двигателя равен нулю?

Как повысить эффективность электродвигателя

Большинство насосов приводятся в действие с помощью асинхронных электродвигателей, это означает, что двигатели вносят вклад в общую эффективность насосной системы.

Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира.

Читайте так же:
Когда нужно регулировать клапана на гранте 8 клапанной

Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т.к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру.

асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с.). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска).

Проблема эффективности двигателя

  • относительная нагрузка двигателя (негабаритные двигатели находящиеся под нагрузкой)
  • скорость вращения (число полюсов)
  • размер двигателя (номинальная мощность)
  • класс двигателя: обычный КПД в сравнении с энергоэффективностью в с равнении с высоким КПД

Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов - Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя

Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с
относительной нагрузкой на электродвигатель по сравнению с номинальной характеристикой. Вплоть до нагрузки в 50% эффективность большинства электродвигателей остается линейной и для некоторых электродвигателей достигает пика у отметки 75%. Электродвигатели могут работать при нагрузке меньше 50% только в течение короткого промежутка времени и не могут эксплуатироваться при нагрузках меньше 20% от номинальных. Таким образом, когда отрегулированные рабочие колеса или насосы возвращаются к своим кривым "напор-подача", необходимо оценить воздействие относительной нагрузки на электродвигатель.

Рисунок 2: Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов — Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя

Скорость вращения

На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы. Также следует отметить, что номинальная мощность электродвигателя влияет на его эффективность, большие электродвигатели имеют большую эффективность, чем малые.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя

Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле:
n = 120*f/p
где:
n = скорость вращения в об/мин
f = частота питающей сети (Гц)
p = количество полюсов (min = 2)

Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения.

Читайте так же:
Как самому отрегулировать света фары

Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПД

Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее.

Рисунок 3. Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПД

Электродвигатели с высоким КПД

На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше.

Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД). Т.к. входная мощность на валу насоса пропорциональна скорости в кубе, простая замена старого электродвигателя новым с высоким КПД не обязательно приведет к снижению потребления энергии.

С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса — это хорошо, замена старого
электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана.

Коэффициент мощности электродвигателя

Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется "Коэффициент Мощности". Некоторые
коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения
коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте
мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД,
коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки.

Определение коэффициента мощности:

Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды напряжения, который выбарабывает меньшее количество полезной мощности.
Сдвиг, вызванный необходимым током намагничивания двигателя
PF = Pi/KVA
Где:
KVA = VxIx(3) 0.5 /1,000

Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного
электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.
Где:
Pi = VxIxPF(3) 0.5 /1,000

Pi= трехфазный вход кВт
V= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)
I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)
PF= коэффициент мощности в виде дроби

  • покупка электродвигателей с изначально высоким PF
  • не покупайте слишком большие электродвигатели (коэффициент мощности падает вместе с уменьшением
  • нагрузки на электродвигатель)
  • установка компенсирующих конденсаторов параллельно с обмотками электродвигателя
  • увеличить полную загрузку коэффициента мощности до 95% (Max)
  • преобразование в привод с частотным регулированием
  • увеличение PF
  • меньшение реактивного тока от электрооборудования через кабели и пускатели электродвигателейменьшее тепловыделение и потери мощности кВт
  • По мере уменьшения нагрузки на электродвигатель растет возможность экономии, а PF
  • падает ниже 60%-70%. (возможная экономия 10%)
  • Уменьшение сборов за коэффициент мощности
  • Увеличение общей производительности системы
  • Интеллектуальная система управления электродвигателем
  • Частотно-регулируемый электропривод
Читайте так же:
Регулировка развала колес камри 40

Выводы
Таким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о
КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют.

Регулировка оборотов конденсаторного асинхронного двигателя

В процессе работы двигателей по обмотке течет ток, на 20-40% превышающий номинальный, поэтому при использовании электромотора в недозагруженном режиме или в режиме холостого хода, емкость рабочего конденсатора следует уменьшить.

В целях безопасности все пусковые конденсаторы должны использоваться с разрядным резистором. Сопротивление разрядного резистора подбирается так, чтобы по истечении 50 секунд полностью снять остаточное напряжение с конденсатора.

В случаях когда конденсатор используется при последовательной схеме включения со вспомогательной обмоткой электродвигателя, напряжение на клеммах конденсатора при рабочей скорости может быть значительно выше напряжения сети.

В процессе эксплуатации конденсаторов они могут устанавливаться непосредственно в физическом контакте с электродвигателем. В этом случае при выборе типа конденсатора необходимо учитывать, что конденсатор будет подвергаться воздействию повышенной температуры и вибраций — как от самого электродвигателя, так и от других пассивных элементов различного рода устройств, в составе которых будет применятся конденсатор.

При работе моторных конденсаторов проходят различного рода сложнейшие коммутационные процессы, в результате которых происходят скачкообразные изменения напряжения на клеммах конденсатора, в связи с чем номинальное напряжение конденсатора нужно выбирать так, чтобы в процессе работы изделия рабочее напряжение не превышало его более чем на 10%.

В процессе выбора необходимой емкости и рабочего напряжения нужно учитывать фактор резонанса, то есть когда значения напряжения вспомогательной обмотки электродвигателя и конденсатора находятся в околорезонансной точке. В этом случае происходит повышение напряжения на клеммах изделия.

Предельное напряжение на клеммах пускового конденсатора должно быть не более 450В, а его емкость выбирается, как правило, в два и более раз больше емкости рабочего конденсатора.

Как показывает практика, на каждые 100 Вт мощности электродвигателя требуется около 6-7 мкФ.

В случае, если не удается подобрать емкость в одном корпусе, допускается комбинирование путем параллельного соединения конденсаторов Собщ=С1+С2….+Сn.

При правильно подобранном конденсаторе мощность трехфазного двигателя, включенного в однофазную сеть, не должна уменьшиться более чем на 30%.

Область применения конденсаторов для асинхронных двигателей

Таблица: Область применения конденсаторов для асинхронных двигателей

рабочийпусковой
ПрименениеВ схемах асинхронных электродвигателейВ схемах асинхронных электродвигателей
Тип подключенияПоследовательно со вспомогательной обмоткой электродвигателяПараллельно рабочему конденсатору
В качествеЯвляется фазосмещающим элементом
ПредназначениеПозволяет получить круговое вращающееся магнитное поле, необходимое для работы электродвигателяПозволяет получить магниное поле, необходимое для повышения пускового момента электродвигателя
Время включенияВ процессе работы электродвигателяВ момент пуска электродвигателя

Существуют две основные области применения конденсаторов для асинхронных электродвигателей.

1) Трёхфазный асинхронный электродвигатель, включаемый через конденсатор в однофазную сеть

В случае когда трехфазный электродвигатель необходимо подключить к однофазной сети, существует два возможных варианта подключения: «звезда» и «треугольник», причем наиболее предпочтительным во многих случаях является вариант «треугольник».

Приблизительный расчет для данного типа соединения производится по следующей формуле:

  • k – коэффициент, зависящий от соединения обмоток.
  • – номинальный фазный ток электродвигателя А.
  • Uсети – напряжение однофазной сети В.

Для схемы соединения «Звезда» k=2800

Для схемы соединения «Треугольник» k=4800

Для определения пусковой емкости Спуск. исходят из пускового момента. В случае если пуск двигателя происходит без нагрузки, пусковая емкость не требуется.

Для получения пускового момента, близкого к номинальному, достаточно иметь пусковую емкость, определяемую соотношением Сп.=(2.5-3) Ср.

Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза выше напряжения сети.

Схема подключения

Рис 1. Схема включения в однофазную сеть трехфазного асинхронного двигателя с обмотками статора, соединенными по схеме «звезда» (а) или «треугольник» (б):

  • B1 Переключатель направления вращения (реверс)
  • В2 — Выключатель пусковой емкости;
  • Ср — рабочий конденсатор;
  • Cп — пусковой конденсатор;
  • АД — асинхронный электродвигатель.

2) Асинхронный электродвигатель, питаемый от однофазной сети и имеющий на статоре две обмотки, одна из которых включается в сеть непосредственно, а другая — последовательно с электрическим конденсатором для образования вращающегося магнитного поля. Конденсаторы создают сдвиг фаз между токами обмоток, оси которых сдвинуты в пространстве. Наибольший вращающий момент развивается, когда сдвиг фаз токов составляет 90°, а их амплитуды подобраны так, что вращающееся поле становится круговым. При пуске конденсаторного асинхронного двигателя оба конденсатора включены, а после его разгона один из конденсаторов отключают; это обусловлено тем, что при номинальной частоте вращения требуется значительно меньшая емкость, чем при пуске. конденсаторного асинхронного электродвигателя по пусковым и рабочим характеристикам близок к трехфазному асинхронному двигателю. Применяется в электроприводах малой мощности; при мощностях свыше 1 квт используется редко вследствие значительной стоимости и размеров конденсаторов.

Схема подключения

Рис 2. Схема (а) и векторная диаграмма (б) конденсаторного асинхронного двигателя:

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Однофазные асинхронные двигатели

Преимущество однофазных двигателей перед трехфазными — их способность работать от однофазной сети.
Станина, сердечник статора и короткозамкнутый ротор в однофазных двигателях такие же, как и в трехфазных. Однофазная обмотка статора занимает 2/3 пазов сердечника. Переменный ток в однофазной обмотке создает пульсирующее, а не вращающее, магнитное поле. Такое поле не способно создать пусковой момент двигателя. Если ротор двигателя развернуть, то возникает момент, действующий в направлении вращения ротора. Однофазный двигатель с одной обмоткой на статоре не имеет преимущественного направления вращения: вращение ротора будет в направлении первоначального толчка.
Однофазные двигатели (рис. 41), кроме рабочей обмотки, имеют пусковую обмотку (фазу), которая занимает 1/3 пазов. Пусковую обмотку изготовляют из провода меньшего сечения, чем рабочую. Для получения фазы сдвига токов в обмотках последовательно с пусковой обмоткой включают активное сопротивление. Часто это сопротивление сосредоточено внутри пусковой обмотки.


Рис. 42. Схема однофазного конденсаторного двигателя: С — конденсатор.

Рис. 43. Схема конденсаторного двигателя с рабочей (Ср) и пусковой (Сп) емкостями.
Рис. 41. Схема однофазного асинхронного двигателя с пусковой обмоткой:
К — ключ; R — активное сопротивление.

При замкнутом ключе К и подаче напряжения к двигателю в системе двух обмоток образуется эллиптическое вращающееся магнитное поле; оно обусловливает пусковой момент. Когда скорость ротора достигнет 70—80% номинальной, пусковая обмотка отключается автоматически или вручную.
В однофазных двигателях с пусковой обмоткой небольшой пусковой момент, малая перегрузочная способность, низкие к. п. д. и Cos ср. Изготовляют такие двигатели мощностью ст нескольких десятков до нескольких сот ватт. Их применяют в стиральных машинах, холодильниках, вентиляторах и т. п.
Для увеличения пускового момента однофазного двигателя последовательно с пусковой обмоткой вместо активного сопротивления включают конденсатор. Благодаря емкости пусковые токи в фазах получаются сдвинутыми относительно друг друга на угол до 90°, что и обусловливает больший пусковой момент. После разбега двигателя пусковая обмотка с конденсатором отключается.

Однофазные конденсаторные двигатели на статоре имеют две обмотки (фазы), занимающие равное число пазов, и в одну из которых включен конденсатор (рис. 42). Постоянно включенный конденсатор обусловливает эллиптическое вращающееся магнитное поле, а в рабочем режиме при определенной нагрузке получается круговое поле, то есть такое же, как в трехфазном двигателе.
Конденсаторный двигатель обладает хорошими рабочими характеристиками. К. п. д. достигает 75%. cos φ = 0,9 и выше Пусковые характеристики этих двигателей неудовлетворительны. Пои пуске двигателя магнитное поле сильно отличается от кругового. Поэтому пусковой момент не превышает 30% номинального.

С целью увеличения пускового момента в однофазном конденсаторном двигателе параллельно рабочей емкости включают пусковую емкость, она после разбега двигателя отключается (рис. 43). Такой двигатель называют конденсаторным с пусковой емкостью.
Во всех однофазных двигателях — с пусковой обмоткой, с конденсаторным пуском и конденсаторных двигателях — для измене- нения направления вращения ротора нужно изменить направление тока в одной из обмоток, то есть переключить пусковую или рабочую фазу.
В однофазных асинхронных двигателях с двумя обмотками на статоре пусковой момент пропорционален произведению пусковых токов обмоток и синусу угла смещения этих токов. При заданных токах в обмотках пусковой момент будет наибольшим при фазе смещения токов на 90°, что можно достичь только включением емкости в одну (обычно пусковую) обмотку.
В однофазных конденсаторных двигателях для одной какой- либо нагрузки можно добиться строго кругового вращающегося магнитного поля. Для другой нагрузки изменением величины рабочей емкости можно уменьшить обратно вращающееся магнитное поле, но получить вновь строго круговое поле нельзя, оно будет эллиптическим.
Промышленность выпускает однофазные двигатели: АОЛБО с пусковой обмоткой и активным сопротивлением в качестве фазосдвигающего элемента; АОЛГО с пусковой обмоткой и конденсатором в качестве фазосдвигающего пускового элемента; АОЛДО — конденсаторный однофазный двигатель, в котором для увеличения пускового момента на время пуска параллельно работающей емкости включается пусковой конденсатор.
Кроме однофазных двигателей с двумя обмотками на статоре, есть однообмоточные двигатели. В них статор явно полюсной системы (как в машинах постоянного тока). Для создания вращающегося поля при пуске используют короткозамкнутые витки, охватывающие часть сердечников полюсов. В этих двигателях нельзя изменить направление вращения ротора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector