Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя: §79. Характеристики асинхронных двигателей | Электротехника

§79. Характеристики асинхронных двигателей | Электротехника

Характеристики асинхронных двигателей.

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика.

Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора.

Как показывает кривая на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некотором скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мпном — его пусковые свойства.

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В).

Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками.

При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками.

Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рабочие характеристики.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия η и cosφ1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 264).

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I0. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cosφ1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9.

Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.

Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы).

Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении.

Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз.

При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении.

Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты.

Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Механическая характеристика асинхронного двигателя, электромеханическая и другие содержат информацию, без которой невозможна его правильная эксплуатация.

Эта конструкция достаточно широко применяется в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Без них немыслима работа станков, транспортеров, подъемно-транспортных машин. Двигатели, обладающие небольшой мощностью, широко используются в автоматике.

ОГЛАВЛЕНИЕ

  • Устройство асинхронной машины
  • Принцип работы асинхронной машины
  • Механическая характеристика
  • Электромеханическая характеристика
  • Рабочие характеристики

Устройство асинхронной машины

Схематичное устройство асинхронной машины

Классическая асинхронная машина состоит из 2 основных частей: ротора (подвижной) и статора (неподвижной). Три отдельные фазы составляют обмотку статора. С1, С2 и С3 — обозначения начала фаз. С3, С4 и С5 — соответственно концы фаз. Все они подсоединены к клеммному разъему по схеме звезда или треугольник, что показано на рисунках а, б, в. Схему выбирают учитывая паспортные данные двигателя и сетевое напряжение.

Статор создает внутри электродвигателя магнитное поле, которое постоянно вращается.

Ротор различают короткозамкнутый и фазный.

В короткозамкнутом скорость вращения не регулируется. Конструкция с ним проще и дешевле. Однако пусковой момент у него слишком мал по сравнению с машинами, у которых фазный ротор. Здесь скорость вращения регулируется за счет возможности ввода дополнительного сопротивления.

Принцип работы асинхронной машины

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

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

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

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

Механическая характеристика

Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).

Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.

Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.

Наши читатели рекомендуют! Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют ‘Экономитель энергии Electricity Saving Box’. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Существуют технические способы расчетов и построения механической характеристики с учетом данных паспорта.

В первоначальной точке 1 n0=60f/p (p – количество пар полюсов). Поскольку nн и Mн непосредственно координаты точки 2, расчет номинального момента производится по формуле Mн=9,55*Рн/ nн, где Рн — номинальная мощность. Значение nн указано в паспорте двигателя. В точке 3 Mкр=Mнλ. Пусковой момент в точке 4 Mпуск=Mн*λпуск (значения λ, λпуск — из паспорта).

Механическая характеристика, построенная таким образом, называется естественной. Изменяя другие параметры можно получить искусственную механическую характеристику.

Полученные результаты дают возможность проанализировать и согласовать механические свойства самого двигателя и рабочего механизма.

Электромеханическая характеристика

Она являет собой зависимость угловой скорости вращения от тока статора. Используя несколько опорных точек можно построить электромеханическую характеристику. Номинальный ток рассчитывается по формуле:

Ток холостого хода составляет 30—40% от номинального.

Формула расчета при критическом скольжении:

Ток в начальный момент пуска:

Все значения отражают электромеханическую характеристику.

Рабочие характеристики

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя — это взаимосвязь нескольких параметров от полезной мощности P2. В их число входят: частота вращения самого ротора n2, момент на валу М, скольжение S, ток статора I1, расходуемая мощность P, коэффициент мощности СОSφ и КПД.

Причем частота электрического тока и напряжение неизменны, в отличие от нагрузки.

Как правило, рабочие характеристики асинхронного двигателя строятся в диапазоне значений скольжения от 0 до значения, превышающего номинальное на 10%. Это зона, где машина работает устойчиво.

Частота вращения ротора n2 уменьшается при возрастании нагрузки на валу. Но эти изменения не превышают 5%. Ток I1 растет, поскольку при последующем увеличении нагрузки его активная составляющая превышает реактивную.

СОSφ при холостом ходе мал. Но затем он возрастает. При повышенных нагрузках СОSφ уменьшается из-за возрастающего внутри обмотки ротора реактивного сопротивления.

КПД холостого хода равен 0. С увеличением нагрузки наблюдается его резкий рост, а впоследствии, снижение.

Индукционные моторные характеристики

Исполнительные программы

Семинары

Проекты

Карьера

Найти рабочие места


для бизнеса / университеты

Корпоративная подготовка

Понимание из US

Academic Uppling


. Выберите категорию

Идет загрузка…

Все курсы

Все курсы


ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНДУКЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЦЕЛЬ: Изучение принципа работы и характеристик асинхронного двигателя. Для оценки времени пуска асинхронного привода путем определения характеристик крутящего момента нагрузки и крутящего момента двигателя. Оценить состояние устойчивости асинхронного двигателя с моментно-скоростными характеристиками. ВВЕДЕНИЕ:…

Детали проекта

Загрузка. ..

Оставить комментарий

Спасибо, что решили оставить комментарий. Пожалуйста, имейте в виду, что все комментарии модерируются в соответствии с нашей политикой комментариев, и ваш адрес электронной почты не будет опубликован по соображениям конфиденциальности. Пожалуйста, оставьте личный и содержательный разговор.

Пожалуйста, войдите, чтобы добавить комментарий

Другие комментарии…

Комментариев пока нет!
Оставьте первый комментарий

Подробнее Проекты GANESH C J (41)

Проект-1: Силовой агрегат для самолетов на взлетно-посадочных полосах

Задача:

Проект-1: Силовой агрегат для самолетов на взлетно-посадочных полосах   Цель: Найти и перечислить общий вес различных типов самолетов. Кратко о различиях между путевой и воздушной скоростью. Почему не рекомендуется использовать мощность двигателя самолета для его перемещения по земле в аэропорту? Как самолет выталкивается на взлетно-посадочную полосу, когда…

07 марта 2021 14:34 IST

Подробнее

Силовой агрегат для самолетов на взлетно-посадочных полосах — HEV

Задача:

Проект-1: Силовой агрегат для самолетов на взлетно-посадочных полосах   Задача: Найти и перечислить общий вес различных типов самолетов. Кратко о различиях между путевой и воздушной скоростью. Почему не рекомендуется использовать мощность двигателя самолета для его перемещения по земле в аэропорту? Как самолет выталкивают на взлетно-посадочную полосу…

07 марта 2021 14:33 IST

Подробнее

Картирование торможения и эффективности электродвигателей

Задача:

ТОРМОЖЕНИЕ и составление карты эффективности   ЦЕЛЬ: Изучение энергии, необходимой для торможения на основе любого ездового цикла. Для изучения электрического торможения и механического торможения и характеристик торможения электродвигателя. Создать сценарий программы MATLAB для оценки графиков значений скорости, крутящего момента и эффективности. ————————————————— ————————————————— ———————————…

26 окт. 2020 г. 05:57 IST

  • MATLAB

Читать дальше

РАБОЧИЙ ЦИКЛ И СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Цель:

РАБОЧИЙ ЦИКЛ   ЦЕЛЬ: Изучить эффективность и потери, возникающие в цепи силовой электроники. Чтобы сгенерировать управляющий сигнал рабочего цикла из простой схемы преобразователя мощности в MATLAB. Сравнение инвертора прямоугольной формы с инвертором с синусоидальной модуляцией. Чтобы изучить разницу между преобразователем частоты и приводом с векторным управлением…

03 окт. 2020 г. 06:45 IST

  • MATLAB

Подробнее

ХАРАКТЕРИСТИКИ АИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ — 2

Цель:

ХАРАКТЕРИСТИКИ АИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ — 2 ЦЕЛЬ: Изучить эквивалентную схему асинхронного двигателя. Для оценки соотношения пускового момента при половинном напряжении и номинальном напряжении. Скрипт файла MATLAB для асинхронного двигателя с характеристиками крутящего момента и скорости с использованием метода управления частотой. Для изучения операции…

23 сент. 2020 17:42 IST

  • MATLAB

Подробнее

ХАРАКТЕРИСТИКИ АИНХРАННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Цель:

ХАРАКТЕРИСТИКИ АИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЦЕЛЬ: Изучить принцип работы и характеристики асинхронного двигателя. Для оценки времени пуска асинхронного привода путем определения характеристик крутящего момента нагрузки и крутящего момента двигателя. Оценить состояние устойчивости асинхронного двигателя с моментно-скоростными характеристиками. ВВЕДЕНИЕ:…

05 сент. 2020 11:00 IST

Подробнее

Управление двигателем пост. Двигатель меняет направление вращения. Сравнить блок 4-Quadrant Chopper DC Drive (DC7) с моделью BJT H-Bridge. 0003

ТРАНСМИССИЯ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ ЦЕЛЬ: изучить методы управления мощностью, применяемые для управления крутящим моментом и мощностью транспортного средства. Изучить коэффициент заполнения силовых модулей. Обзор асинхронных двигателей и двигателей BLDC. ВВЕДЕНИЕ: трансмиссия электромобиля/гемоглобука/основы трансмиссии Силовая передача обеспечивает питание автомобиля. Это относится к набору…

02 Aug 2020 09:13 IST

Подробнее

Характеристики машины постоянного тока

Цель:

ХАРАКТЕРИСТИКИ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЦЕЛЬ Изучить поведение скорости и крутящего момента двигателя постоянного тока. Классификация силовых и сигнальных кабелей. Изучить уровень напряжения в аккумуляторной батарее EV/HEV. ВВЕДЕНИЕ Машина постоянного тока Машина постоянного тока может быть двух типов с двигателем постоянного тока или генератором постоянного тока, который работает на Flemings…

18 июля 2020 г. 15:12 IST

  • HEV
  • MATLAB

Подробнее

Широко открытая дроссельная заслонка с использованием блоков силовой передачи (WOT-2).

Цель:

Состояние полностью открытой дроссельной заслонки с использованием наборов блоков силовой передачи Цель: Понять разницу между отображенной и динамической моделью двигателя, двигателя и генератора. Экономия топлива — Мили на галлон и его расчет. Запустите HEV ReferenceApplication с ездовым циклом WOT. Измените уклон и скорость ветра в блоке окружения,…

20 июня 2020 12:08 IST

  • HEV
  • MATLAB

Прочтите больше

Advisor Tool

Объектива:

Инструмент Advort от 500кг. Изменение емкости аккумулятора вышеуказанного транспортного средства для следующего моделирования. Выполнить тест на преодоление подъема для автомобиля PRIUS_Jpn_defaults_in. ————————————————— ————————————————— —-…

11 мая 2020 г. 03:56 AM IST

  • MATLAB

Читать Подробнее

Широкая открытая газет. ультра грузовик наполовину загруженный. Оценить способность грузовиков преодолевать подъемы. Базовое моделирование транспортных средств с использованием Simulink. Смоделируйте реакцию WOT (Wide Open Throttle) автомобиля GM EV1. ————————————————— ————————————————— —-…

07 мая 2020 г. 01:24 AM IST

  • MATLAB

Подробнее

Силы, действующие на транспортное средство. Моделирование на электрическом скутере

Цель:

Силы, действуя на транспортное средство: Простая моделирование электрического писателя Цель: Цель: Цель: Цель: Цель: целен:

. Найти максимальную скорость двигателя электросамоката, способного развивать скорость 90 км/ч, при фиксированном передаточном числе 7 и размере шин 90/100 R10 53J. То же моделирование с шиной 90/90 R18 51P. Подготовить простой калькулятор excel…

20 апреля 2020 02:35 AM IST

  • MATLAB

Читать дальше

Конструкция центробежного насоса и анализ потока с использованием SolidWorks

Объектива:

Моделирование и моделирование потока через центрифугурную насос с использованием Solidlooplys Compleation Or Compleation Of Compture At Artainlably для создания A. Модель центробежного насоса и для имитации анализа потока (анализ CFD) и получения взаимосвязи между коэффициентом давления и массовым расходом. Теория Вычислительная гидродинамика (CFD) — это раздел гидромеханики , который…

10 апреля 2020 06:26 AM IST

  • CFD
  • Дизайн
  • SolidWorks

Читать больше

Моделирование и моделирование потока по потоку с использованием SolidWorks

. FLOWBENCH С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SOLIDWORKS Цель Создать 3D-модель Flowbench для имитации анализа потока (анализ CFD) и получить график зависимости подъемной силы от массового расхода. Теория Вычислительная гидродинамика (CFD) – это раздел гидромеханики, в котором используются численный анализ и данные…

08 Apr 2020 10:43 AM IST

  • CFD
  • FEA
  • SOLIDWORKS

Читать больше

Моделирование потока в Airfoil NACA с использованием SolidWorks

. поток над аэродинамическим профилем NACA (анализ CFD) с разными углами атаки для внешнего потока и для сравнения подъемной силы и силы сопротивления. Теория Вычислительная гидродинамика (CFD) – это раздел гидромеханики, в котором используются численный анализ и данные…

07 апр. 2020 г. 05:26 IST

  • CFD
  • SOLIDWORKS

Подробнее

Моделирование потока на цилиндре с использованием SolidWorks.

Цель:

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКА НАД ЦИЛИНДРОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SOLIDWORKS Цель Смоделировать обтекание цилиндра (анализ CFD) с предполагаемой начальной скоростью для внешнего потока и запустить базовое моделирование, а также провести параметрическое исследование с расширенным числом Рейнольдса. Теория Вычислительная гидродинамика (CFD) — это раздел гидродинамики…

06 апреля 2020 07:26 AM IST

  • CFD
  • SOLIDWORKS

Читать больше

MBD Моделирование на плановую передачу. Анализ планетарной передачи с солнечной шестерней, кольцевой шестерней, водилом и 4 планетарными шестернями. Введение: Динамика нескольких тел Динамическая система нескольких тел (MBD) состоит из твердых тел или звеньев, соединенных друг с другом шарнирами…

02 апр. 2020 02:12 IST

Подробнее

Моделирование течения в трубе с помощью SolidWorks

Цель:

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКА В ТРУБЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SOLIDWORKS Цель: — Запустить моделирование течения в трубе с числом Рейнольдса на входе 100,1 и 10 000 и Сравнить нормализованный профиль скорости в разных местах. Теория Вычислительная гидродинамика (CFD) – это раздел гидромеханики, в котором используются численный анализ и данные…

27 марта 2020 г. 01:01 IST

  • CFD
  • SOLIDWORKS

Подробнее

MBD Моделирование клапанного механизма двигателя внутреннего сгорания Введение Динамика нескольких тел Система динамики нескольких тел (MBD) — это система, состоящая из твердых тел или звеньев, которые соединены друг с другом шарнирами, которые ограничивают их относительное движение.…

24 марта 2020 г. 03:16 IST

Подробнее

MBD Моделирование поршня в сборе

Цель:

MBD МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОРШНЯ В СБОРЕ Цель: — Запустить моделирование динамики нескольких тел на поршне в сборе. ВВЕДЕНИЕ Динамика нескольких тел Система динамики нескольких тел (MBD) состоит из твердых тел или звеньев, которые соединены друг с другом шарнирами, которые ограничивают их относительное движение. Изучение…

24 марта 2020 г. 02:23 IST

Подробнее

Многокомпонентная динамика внутреннего женевского колесного механизма

Цель:

Динамика нескольких тел механизма внутреннего женевского колеса Цель: — Выполнить анализ движения внутреннего женевского колеса. Введение: Динамика нескольких тел Динамическая система нескольких тел (MBD) состоит из твердых тел или звеньев, соединенных друг с другом шарнирами, которые ограничивают их относительное движение. The…

24 марта 2020 г. 02:08 IST

Подробнее

Частотный анализ вращающегося вала с использованием Solidworks

Цель:

ЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ВАЛА Цель:- Выполнить частотный анализ вращающегося вала и найти резонансную частоту. Введение. Вал — это вращающийся элемент машины, обычно круглого сечения, который используется для передачи мощности от одной части к другой,…

07 декабря 2019 06:50 IST

Подробнее Пластина с отверстием с использованием Solidworks

Задача:

Анализ пластины с отверстием Цель: выполнить статический анализ двух разных пластин с отверстиями. Для оценки напряжения, деформации и смещения. Две геометрические модели следующие: **Все размеры указаны в мм. Предварительные условия: Материал — легированная сталь. Тип анализа: Статический структурный 1 из…

02 декабря 2019 г. 11:26 IST

Подробнее

Анализ явлений потери устойчивости с использованием SolidWorks

Цель:

Анализ методом конечных элементов явлений потери устойчивости на стенде циклонного сепаратора с использованием Solidworks Введение ИЗГИБАНИЕ — это нестабильность, которая приводит к потере устойчивости структурный отказ. Виды отказов в простых случаях могут быть найдены с помощью простых математических решений. Для сложных конструкций виды разрушения находятся по числовому…

23 ноя 201923:10 IST

Подробнее

Анализ методом конечных элементов изгиба балок с использованием Solidworks

Цель:

СРАВНЕНИЕ ИЗГИБА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ БАЛОК ось луча. Его способ отклонения в основном за счет изгиба. Нагрузки, приложенные к балке, вызывают силы реакции в точках опоры балки. Общий эффект всех…

16 нояб. 2019 09:38 IST

Подробнее

Анализ данных/парсинг файла моделирования двигателя с использованием PYTHON

Цель:

АНАЛИЗ ФАЙЛА/АНАЛИЗ ДАННЫХ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ Цель: извлечь различные коэффициенты из файла engine_data и написать программу PYTHON для создания Инструмент визуализации данных. Файл ENGINE_DATA выглядит следующим образом. Он содержит 17 параметров в отдельных столбцах, и каждый параметр имеет около 8000 значений. Другие входные данные…

27 октября 2019 г. 11:29 IST

  • PYTHON

Подробнее

Выполнение подбора кривой с помощью PYTHON

Цель:

ПОДБОРКА КРИВОЙ Цель: Написать программу на PYTHON для выполнения подбора кривой Подгонка кривой — это процесс построения кривой или математической функции , который лучше всего соответствует ряду точек данных, возможно, с учетом ограничений. Аппроксимация кривой может включать любую интерполяцию, где точная подгонка…

26 окт. 2019 09:47 IST

  • PYTHON

Подробнее

Выполнение генетического алгоритма в MATLAB/OCTAVE и поиск глобальных максимумов сталагмита функции. Генетический алгоритм — это эвристика поиска, вдохновленная теорией естественной эволюции Чарльза Дарвина. «Выживает сильнейший» — принцип теории,…

26 октября 2019 г. 09:43 AM IST

  • Алгоритмы
  • MATLAB

Читать больше

из файла НАСА .dat и написать программу MATLAB для расчета удельного тепла, энтальпии и энтропии каждого элемента, присутствующего в файле. Извлекаемый файл THERMO.dat выглядит следующим образом: Файл состоит из данных заголовка, которые…

26 окт. 2019 09:43 IST

  • MATLAB

Подробнее

Моделирование цикла Ренкина с использованием MATLAB/OCTAVE.

Цель:

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИКЛА РЕНКИНА Цикл Ренкина — это типичный паровой цикл, который непрерывно преобразует энергию, хранящуюся в топливе, в полезную механическую работу/работу вала и, в конечном счете, в электричество. Рабочим телом является вода, которая иногда находится в жидком состоянии, а иногда в парообразном состоянии в течение своего цикла операций.…

26 окт. 2019 09:43 IST

Подробнее

Моделирование цикла Отто с использованием PYTHON

Цель:

СТАНДАРТНЫЙ ЦИКЛ ВОЗДУХА: ЦИКЛ ОТТО Цикл Отто обычно используется в термодинамическом цикле двигателя с искровым зажиганием. Автомобили. Типичный цикл Отто состоит из пары изэнтропических процессов, которые являются обратимыми адиабатическими. Пара изохорных процессов, которые являются циклами постоянного объема. Типичный…

26 окт. 2019 09:43 IST

  • MATLAB
  • PYTHON

Подробнее

Разбивание льда с помощью транспортного средства на воздушной подушке — поиск минимального давления с помощью метода Ньютона-Рафсона в PYTHON Метод   Метод Ньютона-Рафсона Метод Ньютона-Рафсона (также известный как метод Ньютона) — это способ быстро найти хорошее приближение для корня функции с действительным знаком f(x) = 0. Он использует идею о том, что непрерывная…

26 окт. 2019 09:43 IST

Подробнее

Визуализация цикла ОТТО с помощью MATLAB и расчет его тепловой эффективности в двигателях с искровым зажиганием, обычно встречающихся в автомобилях. Типичный цикл Отто состоит из пары изэнтропических процессов, которые являются обратимыми адиабатическими. Пара изохорных процессов, которые являются циклами постоянного объема. Типичный…

26 окт. 2019 09:43 IST

  • MATLAB

Подробнее

Решение второго порядка с использованием PYTHON

Цель:

Переходное поведение неподвижного тела свободно вперед и назад под действием силы тяжести. Когда маятник смещается из своего начального положения, на него действует восстанавливающая сила силы тяжести, которая ускоряет маятник обратно в его…

26 окт. 2019 09:43 IST

Подробнее

Решение ОДУ второго порядка в октаве

Цель:

Переходное поведение простого маятника влияние гравитации. Когда маятник смещается из исходного положения, на него действует восстанавливающая сила силы тяжести, которая ускоряет маятник обратно в его…

26 окт. 2019 09:43 IST

Подробнее

Подгонка кривой в MATLAB

Цель:

ПОДБОРКА КРИВОЙ Цель: Написать программу MATLAB/OCTAVE для выполнения подгонки кривой Подгонка кривой — это процесс построения кривой или математической функции, которая наилучшим образом соответствует ряд точек данных, возможно, с учетом ограничений. Подгонка кривой может включать любую интерполяцию, где точная…

26 окт.0003

Цель:

R Роботизированная рука – кинематическое движение вперед Здесь 2R обозначает «два вращательных» соединения для двухзвенной кинематической цепи. Рассмотрим длину звена 1, l1=1 ед. длины звена 2, l2=0,5 ед. Чтобы найти рабочую область/конечную позицию указанного выше робота, нам нужно найти положения звена 1…

26 окт. 2019 09 :43 AM IST

Подробнее

Обтекание велосипеда с помощью PYTHON

Цель:

Обтекание велосипеда На велосипедиста при езде на велосипеде влияет несколько факторов, которые определяют скорость и потенциальную энергию, потребляемую велосипедистом. Аэродинамическое исследование показывает, что помимо силы тяги велосипедиста существует противодействующая сила, называемая СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ, которая, по сути, представляет собой не что иное, как…

26 окт. 2019 09:43 IST

Подробнее

Прямая кинематика 2R робота-манипулятора с использованием PYTHON

Цель:

2R  Робот-манипулятор — прямое кинематическое движение для «двух опор» Кинематическая цепь. Рассмотрим длину звена 1, l1=1 ед. длины звена 2, l2=0,5 ед. Чтобы найти рабочее пространство/конечную позицию указанного выше робота, нам нужно найти положения звена 1…

26 окт. 2019 09 :43:00 IST

  • MATLAB

Подробнее

Обтекание велосипеда с помощью MATLAB

Цель:

Обтекание велосипеда Для велосипедиста при езде на велосипеде влияет несколько факторов, которые определяют скорость и потенциальную энергию, потребляемую велосипедистом. Аэродинамическое исследование показывает, что помимо силы тяги велосипедиста существует противодействующая сила, называемая СИЛОЙ СОПРОТИВЛЕНИЯ, которая по сути представляет собой не что иное, как…

26 Oct 2019 09:43 IST

Подробнее0003

Показан 1 из 41 проекта

Попробуйте наши лучшие инженерные курсы, проекты и семинары уже сегодня! Закажите живую демонстрацию

Характеристики крутящего момента и проскальзывания в трехфазном асинхронном двигателе

Поскольку асинхронный двигатель находится от холостого хода до полного нагрузка, его скорость уменьшается, следовательно, скольжение увеличивается. Из-за увеличенного. нагрузки, двигатель должен создавать больший крутящий момент, чтобы удовлетворить требования нагрузки. Крутящий момент в конечном итоге зависит от скольжения, как объяснялось ранее. О поведении двигателя можно легко судить, нарисовав кривую, полученную путем построения графика зависимости крутящего момента от скольжения асинхронного двигателя. Кривая, полученная путем построения графика зависимости крутящего момента от скольжения от s = 1 (при пуске) до s = 0 (при синхронной скорости), называется характеристикой крутящего момента-скольжения асинхронного двигателя. Очень интересно изучить природу характеристик момент-скольжение.

Мы видели, что при постоянном напряжении питания E 2 также является постоянным. Таким образом, мы можем записать уравнения крутящего момента в виде
. Теперь, чтобы судить о характере характеристик крутящего момента и проскальзывания, давайте разделим диапазон проскальзывания (от s = 0 до s = 1) на две части и проанализируем их независимо.

i) Область малого скольжения:

В области малого скольжения буква «s» очень мала. Благодаря этому член (s X 2 ) 2  такой мал по сравнению с R 2 2  , что им можно пренебречь.

Следовательно, в области низкого скольжения крутящий момент прямо пропорционален скольжению. Так как нагрузка увеличивается, скорость уменьшается, увеличивая скольжение. Это увеличивает крутящий момент, который удовлетворяет требованиям нагрузки.

Следовательно, график имеет прямолинейный характер.

При N = N с , s = 0, следовательно, T = 0. Поскольку при N = N с крутящий момент не создается, двигатель останавливается, если пытается достичь синхронной скорости. Крутящий момент увеличивается линейно в этой области малых значений проскальзывания.

ii) Область высокого скольжения: 

В этой области скольжение велико, т.е. значение скольжения приближается к 1. Здесь можно предположить, что член R 2 2  очень мал по сравнению с ( с Х 2 ) 2 . Следовательно, пренебрегая знаменателем, мы получаем

Таким образом, в области высокого скольжения крутящий момент обратно пропорционален скольжению. Следовательно, его природа подобна прямоугольной гиперболе.

Теперь, когда нагрузка увеличивается, потребность в нагрузке увеличивается, но скорость уменьшается. С уменьшением скорости скольжение увеличивается. В области высокого скольжения, как T α1/с, крутящий момент уменьшается по мере увеличения скольжения.

Но крутящий момент должен увеличиться, чтобы удовлетворить потребность в нагрузке. По мере уменьшения крутящего момента из-за эффекта дополнительной нагрузки скорость еще больше снижается, а скольжение еще больше увеличивается. Крутящий момент снова уменьшается как T α1/с, следовательно, та же нагрузка действует как дополнительная нагрузка из-за уменьшения создаваемого крутящего момента. Отсюда скорость еще больше падает. В конце концов двигатель останавливается. Двигатель не может продолжать вращаться в любой точке этой области высокого скольжения. Поэтому эта область называется нестабильной областью действия.

Итак, характеристика крутящего момента – скольжения состоит из двух частей,

1. Прямая называется стабильной областью работы
2. Прямоугольная гипербола называется нестабильной областью работы.

Теперь возникает очевидный вопрос: до какого значения характеристики скольжения, крутящий момент – скольжение представляют стабильную работу?

В области малого скольжения при увеличении нагрузки скольжение увеличивается, и крутящий момент также увеличивается линейно. У каждого двигателя есть свой предел для создания крутящего момента. Максимальный крутящий момент, который двигатель может создать при увеличении нагрузки, составляет T м , что происходит при s = s м . Таким образом, линейное поведение продолжается до s = s m .

Если нагрузка превышает этот предел, проскальзывание двигателя преимущественно толкает двигатель в область высокого скольжения. Из-за нестабильных условий двигатель останавливается при такой нагрузке. Следовательно, максимальный крутящий момент, который может создать двигатель, также называется пробивным крутящим моментом или тяговым крутящим моментом. Таким образом, диапазон от s = 0 до s = s м  называется областью малого скольжения, известной как область стабильной работы. Двигатель всегда работает в точке в этой области. И диапазон s = s м  до s = 1 называется областью высокого скольжения, которая представляет собой прямоугольную гиперболу, называемую неустойчивой областью работы. Двигатель не может продолжать вращаться в любой точке этой области.

При s = 1, N = 0, т. е. при пуске, двигатель создает крутящий момент, называемый пусковым моментом, обозначаемый как T st .

Полная характеристика момент-скольжение показана на рис. 1.

Рис. 1 Моментно-скоростная характеристика

1. 1 Крутящий момент при полной нагрузке

При увеличении нагрузки на двигатель создаваемый крутящий момент увеличивается по мере снижения скорости и увеличения скольжения. Потребность в повышенном крутящем моменте удовлетворяется за счет потребления тока двигателя из источника питания.

Нагрузка, при которой двигатель может безопасно работать в непрерывном режиме и из-за такой нагрузки потребляемый ток также находится в безопасных пределах, называется состоянием полной нагрузки двигателя. Когда ток увеличивается, из-за выделяемого тепла повышается температура. Безопасным пределом тока является такой, который при продолжительной работе двигателя вызывает повышение температуры в допустимых пределах. Такая точка полной нагрузки показана на моментной характеристике проскальзывания моментом как T ФЛ .

Интересно, что нагрузка на двигатель может быть увеличена за пределы точки C до состояния максимального крутящего момента. Но из-за большого тока и, следовательно, высокого повышения температуры существует вероятность повреждения изоляции обмотки, если двигатель работает в течение более длительного времени в этой области, то есть из точки C в точку B. Но двигатель можно использовать для привода нагрузок, превышающих полную нагрузку, создание крутящего момента до максимального крутящего момента в течение короткого промежутка времени. Обычно крутящий момент при полной нагрузке меньше максимального крутящего момента.

Таким образом, область OC до состояния полной нагрузки позволяет двигателю работать непрерывно и безопасно с точки зрения температуры. В то время как область CB на практике можно получить, но только на короткое время, а не на непрерывную работу двигателя. Это разница между крутящим моментом при полной нагрузке и максимальным или пробивным крутящим моментом. Опрокидывающий момент также называют опрокидывающим моментом.

1.2 Область генерации и торможения

Когда скольжение лежит в области 0 и 1, т.е. когда 0 ≤s ≤1, машина работает как двигатель, что является нормальным режимом работы. Вращение ротора происходит в направлении вращающегося поля, создаваемого токами статора. В этом регионе он получает электроэнергию от линий электропередач и поставляет механическую мощность. Скорость ротора и соответствующий крутящий момент имеют одинаковое направление.

При скольжении больше 1 машина работает в режиме торможения. Двигатель вращается в направлении, противоположном направлению вращения поля. На практике две клеммы статора меняются местами, что изменяет последовательность фаз, что, в свою очередь, меняет направление вращения магнитного поля на противоположное. Двигатель быстро останавливается под действием противодействующего момента, который создает тормозное действие. Этот метод, с помощью которого двигатель останавливается, известен как заглушка. Принимают меры только к тому, чтобы статор был отключен от источника питания, чтобы ротор не вращался в другом направлении

Для работы асинхронной машины в качестве генератора ее скольжение должно быть меньше нуля, т.е. отрицательно. Отрицательное скольжение указывает на то, что скорость вращения ротора выше синхронной. При работе в качестве генератора он потребляет механическую энергию и подает электрическую энергию от статора.

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя: §79. Характеристики асинхронных двигателей | Электротехника

Содержание

§79. Характеристики асинхронных двигателей | Электротехника

Характеристики асинхронных двигателей.

Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика.

Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 262, а). При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора.

Как показывает кривая на рис. 262, а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

Наибольший вращающий момент Mmax двигатель развивает при некотором скольжении skp, составляющем 10—20%. Отношение Mmax/Mном определяет перегрузочную способность двигателя, а отношение Мпном — его пусковые свойства.

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

Двигатель может устойчиво работать только при обеспечении саморегулирования, т. е. автоматическом установлении равновесия между приложенным к валу моментом нагрузки Мвн и моментом М, развиваемым двигателем. Этому условию соответствует верхняя часть характеристики до достижения Mmax (до точки В).

Если нагрузочный момент Мвн превысит момент Mmax, то двигатель теряет устойчивость и останавливается, при этом по обмоткам машины будет длительно проходить ток в 5—7 раз больше номинального, и они могут сгореть.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками.

При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

В двигателе с повышенным пусковым моментом естественная механическая характеристика приближается по своей форме к характеристике двигателя с включенным пусковым реостатом. Вращающий момент двигателя с двойной беличьей клеткой равен сумме двух моментов, создаваемых рабочей и пусковой клетками.

Поэтому характеристику 1 (рис. 263) можно получить путем суммирования характеристик 2 и 3, создаваемых этими клетками. Пусковой момент Мп такого двигателя значительно больше, чем момент М’п обычного короткозамкнутого двигателя. Механическая характеристика двигателя с глубокими пазами такая же, как и у двигателя с двойной беличьей клеткой.

Рис. 263. Механическая характеристика асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом (с двойной беличьей клеткой)

Рабочие характеристики.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости частоты вращения n (или скольжения s), момента на валу М2, тока статора I1 коэффициента полезного действия η и cosφ1, от полезной мощности Р2 = Рmx при номинальных значениях напряжения U1 и частоты f1 (рис. 264).

Рис. 264. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Они строятся только для зоны практической устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10—20%. Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I0. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cosφ1 асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9.

Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.

Работа при пониженном напряжении и обрыве одной из фаз.

Понижение напряжения сети не оказывает существенного влияния на частоту вращения ротора асинхронного двигателя. Однако в этом случае сильно уменьшается наибольший вращающий момент, который может развить асинхронный двигатель (при понижении напряжения на 30% он уменьшается примерно в 2 раза). Поэтому при значительном падении напряжения двигатель может остановиться, а при низком напряжении — не включиться в работу.

На э. п. с. переменного тока при уменьшении напряжения в контактной сети соответственно уменьшается и напряжение в трехфазной сети, от которой питаются асинхронные двигатели, приводящие во вращение вспомогательные машины (вентиляторы, компрессоры, насосы).

Для того чтобы обеспечить нормальную работу асинхронных двигателей при пониженном напряжении (они должны нормально работать при уменьшении напряжения до 0,75Uном), мощность всех двигателей вспомогательных машин на э. п. с. берется примерно в 1,5—1,6 раза большей, чем это необходимо для привода их при номинальном напряжении.

Такой запас по мощности необходим также из-за некоторой несимметрии фазных напряжений, так как на э. п. с. асинхронные двигатели питаются не от трехфазного генератора, а от расщепителя фаз.

При несимметрии напряжений фазные токи двигателя будут неодинаковы и сдвиг между ними по фазе не будет равен 120°. В результате по одной из фаз будет протекать больший ток, вызывающий увеличенный нагрев обмоток данной фазы. Это заставляет ограничивать нагрузку двигателя по сравнению с работой его при симметричном напряжении.

Кроме того, при несимметрии напряжений возникает не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле и несколько изменяется форма механической характеристики двигателя. При этом уменьшаются его наибольший и пусковой моменты.

Несимметрию напряжений характеризуют коэффициентом несимметрии, который равен среднему относительному (в процентах) отклонению напряжений в отдельных фазах от среднего (симметричного) напряжения. Систему трехфазных напряжений принято считать практически симметричной, если этот коэффициент меньше 5 %.

При обрыве одной из фаз двигатель продолжает работать, но по неповрежденным фазам будут протекать повышенные токи, вызывающие увеличенный нагрев обмоток; такой режим не должен допускаться. Пуск двигателя с оборванной фазой невозможен, так как при этом не создается вращающееся магнитное поле, вследствие чего ротор двигателя не будет вращаться.

Использование асинхронных двигателей для привода вспомогательных машин э. п. с. обеспечивает значительные преимущества по сравнению с двигателями постоянного тока. При уменьшении напряжения в контактной сети частота вращения асинхронных двигателей, а следовательно, и подача компрессоров, вентиляторов, насосов практически не изменяются. В двигателях же постоянного тока частота вращения пропорциональна питающему напряжению, поэтому подача этих машин существенно уменьшается.

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

Естественная
механическая
характеристика асинхронного двигателя
имеет два участка – нерабочий (разгонный)
АВ и рабочий ВСD
(рис. 8.8).

Рис.
10.5 Естественная
механическая
характеристика асинхронного двигателя

При
пуске двигатель развивает пусковой
момент
(отрезок
ОА), после чего разгоняется по траектории
АВС до точки С. При этом на участке АВ
одновременно увеличиваются как скорость,
так и момент, в точке В двигатель развивает
максимальный момент.
На участке ВС скорость продолжает
увеличиваться, а момент уменьшается,
до номинального (точка С). На участкеBC
двигатель
перегружен
,
т.к. в любой точке этого участка
электромагнитный
момент двигателя больше номинального

(> >).

В
нормальних условиях двигатель работает
на участке СD,
жесткость которого

β
= Δ/ Δω <
10%.

Это
означает, что при изменении момента в
широких пределах скорость двигателя
изменяется незначительно.

Асинхронные
двигатели нашли самое широкое применение
на судах с электростанцией на переменном
токе.

Промышленность
выпускает специально для судов асинхронные
двигатели разных серий, например, 4А…ОМ2
(четвертая серия асинхронных двигателей),
МАП (морской асинхронный полюсопереключаемый),
МТF
(c
фазным ротором) и др.

При
этом двигатели серии 4А – односкоростные,
серии МАП – двух- и трехскоростные,
серии МТF
– число скоростей определяется схемой
управления ( до 5 скоростей ).

Тема лекции 11 Саморегулирование электродвигателей план лекции

  1. Естественное
    и искусственное

    изменение
    скорости электродвигателей

  2. Саморегулирование
    электродвигателей постоянного тока

  3. Саморегулирование
    асинхронных двигателей

  4. Активной
    и реактивная составляющие тока в
    асинхронном двигателе

Изменение скорости электродвигателей

Различают
два вида изменения скорости электродвигателя:

  1. естественное;

  2. искусственное.

Под
естественным
понимают
изменение скорости электродвигателя,
возникшее в результате изменения
статического момента механизма.

При
естественном изменении скорости
электродвигатель работает на своей
естественной механической характеристике.

Под
искусственным
понимают изменение скорости
электродвигателя, возникшее в результате
изменения параметров питающей сети или
самого электродвигателя при помощи
схемы управления электродвигателя.

Подизменением
параметров сети понимают
:

  1. на
    постоянном токе – напряжение питающей
    сети;

  2. на
    переменном токе — напряжение и частота
    питающей сети.

Под
изменением параметров электродвигателя
понимают
:

  1. на
    постоянном токе – изменение сопротивления
    цепи обмотки якоря или параллельной
    (независимой) обмотки возбуждения;

  2. на
    переменном токе — изменение сопротивления
    цепи обмотки статора или обмотки фазного
    ротора.

Если
многоскоростной асинхронный двигатель
имеет на статоре несколько обмоток
(обычно 2….3) с разным числом пар
электромагнитных полюсов, то механические
характеристики, соответствующие работе
двигателя на каждой скорости, являются
естественными.

При
искусственном изменении скорости
электродвигатель работает на искусственной
механической характеристике.

Искусственные
механические характеристики

предназначены

для изменения (регулирования) скорости
электродвигателя в соответствии с
технологическими особенностями работы
механизма. Например, электроприводы
грузовых лебедок на постоянном токе
могут иметь до 6 скоростей, на переменном
токе – обычно 3 скорости.

Следует
сделать важное замечание: при
работе двигателя на искусственной
характеристике одновременно может
происходить и естественное изменение
скорости электродвигателя вследствие
изменения
статического момента механизма.

Например,
при выбирании якоря при помощи ЯШУ
скорость электродвигателя, работающего
на искусственной характеристике вначале
может быть большой, а затем, по мере
увеличения натяжения якорь-цепи, будет
постепенно уменьшаться, вплоть до полной
остановки электродвигателя с его
переходом в режим стоянки под током.

При
естественном
изменении скорости возникает процесс
саморегулирования
элекродвигателей постоянного и
переменного тока.

Любое
изменение статического момента механизма
(т.е. механической нагрузки на валу
рабочего органа электропривода)
автоматически приводит к такому же
изменению электромагнитного момента
двигателя в результате возникающего
при этом процесса саморегулирования
электродвигателя.

Под
саморегулированием понимают автоматическое
изменение электромагнитного момента
двигателя вследствие изменения
статического момента (момента
сопротивления) механизма.

Все об асинхронных двигателях – что это такое и как они работают

Способность преобразовывать электрическую энергию в механическую – и наоборот – оказала фундаментальное влияние на современный мир. Электростанции, робототехника, фабрики и многое другое использовали электродвигатели, чтобы полностью изменить темпы развития промышленности. Эти двигатели преобразуют электрический ток во вращательное движение, и в этой статье мы рассмотрим, как эта задача решается с помощью асинхронных двигателей. Эти двигатели представляют собой класс двигателей переменного тока, которые реализуют эффект электромагнитной индукции для создания вращательной энергии. Эти двигатели представляют собой мощные машины, которые доминируют в промышленном мире благодаря своей простой, но эффективной конструкции. В этой статье будут описаны функции, технические характеристики и области применения асинхронных двигателей, а также предложено, как выбрать лучший тип асинхронного двигателя для вашего проекта.

Что такое асинхронные двигатели?

Асинхронные двигатели — это тип двигателя переменного тока, изобретенный в конце 1800-х годов и являющийся практическим применением науки об электромагнетизме. Эти двигатели состоят из статоров и роторов, которые являются неподвижными и вращающимися компонентами двигателя соответственно. Статор — корпус двигателя — содержит обмотки провода, подключенного к источнику переменного тока, а ротор — свободно движущийся «якорь» — устроен так, что может взаимодействовать с катушками статора посредством электромагнетизма. Свойства ротора зависят от типа асинхронного двигателя (беличья клетка, 3-фазный, обмотка и т. д.), но во всех случаях электромагнитное поле (ЭДС), создаваемое в статоре, индуцирует противодействующую ЭДС в роторе и, следовательно, создает энергия вращения от электромагнитной индукции.

Как работают асинхронные двигатели?

Несмотря на то, что асинхронные двигатели имеют элегантный дизайн, они обманчиво сложны в объяснении того, как они работают, поскольку они связаны с невидимой физикой электромагнетизма.

 Витки проволоки в статоре подключены к переменному току, который создает ЭДС вокруг движущихся зарядов в катушке в соответствии с законом Ампера. Переменный ток вызывает переключение направления тока в катушках, изменяя ориентацию ЭДС статора в фазе с частотой переменного тока. При правильном расчете переменный ток может создать кажущуюся «вращающуюся» ЭДС через этот статор, которая затем взаимодействует с обмотками ротора. В асинхронных двигателях вращающаяся ЭДС статора индуцирует противодействующую ЭДС в проводах ротора, заставляя его вращаться (в соответствии с законом Фарадея и законом Ленца).

Асинхронные двигатели часто называют «асинхронными» двигателями, потому что их частота вращения всегда ниже частоты переменного тока. Это несоответствие (известное как «скольжение») является результатом использования индукции для вращения ротора; скорость ротора, равная синхронной скорости (скорости, которая соответствует частоте переменного тока), приведет к отсутствию измеряемой индуктивности в катушках ротора и механического ускорения. Более подробную информацию по этим темам можно найти в нашей статье о типах двигателей переменного тока.

Технические характеристики асинхронного двигателя

Существуют некоторые важные характеристики при выборе асинхронного двигателя, и в следующих разделах кратко поясняются важные параметры, которые необходимо понимать.

Напряжение и частота переменного тока

Наиболее распространенное значение напряжения и частоты переменного тока составляет 115/120 В 60 Гц, что является стандартом для розеток в домашних условиях. Существуют и другие стандартные напряжения (208-230/240 В 60 Гц, 460/480 В 60 Гц и т. д.) для конкретных применений (освещение, промышленные машины и т. д.). Эти более высокие напряжения увеличат как возможности, так и размер двигателя, поскольку для большего тока потребуется больше проволочных обмоток для его эффективной передачи, но также увеличится выходная мощность.

Тип фазы

Электрическая сеть может подавать один переменный ток или несколько переменных токов, которые, так называемые, «не совпадают по фазе», что означает, что их частоты колебаний смещены друг относительно друга. Обычно это три тока одинаковой частоты, разделенные на 120 градусов, и это делается для того, чтобы токи создавали вращающуюся ЭДС при прохождении через катушки. Однофазные асинхронные двигатели используют только один переменный ток и, таким образом, «пульсируют» ЭДС, а не вращают ее. Таким образом, однофазные двигатели не запускаются самостоятельно, как трехфазные асинхронные двигатели, и их необходимо запускать с помощью конденсаторов или другого внешнего источника. Три тока переменного тока, используемые в трехфазных асинхронных двигателях, позволяют им самостоятельно запускаться, что является большим преимуществом. Для получения дополнительной информации о пусковых механизмах, не стесняйтесь читать нашу статью о типах пускателей двигателей.

Длительная выходная мощность

Механическая мощность двигателя, выраженная в ваттах или лошадиных силах, называется непрерывной выходной мощностью. Это значение может быть дробным, как в бытовых приборах, или довольно большим в более крупных двигателях. Это бесценный показатель, конечная цель которого — создать столько механической энергии, сколько необходимо для текущей работы.

Количество полюсов и базовая скорость

Индукционные полюса представляют собой пары север-юг в катушках статора, которые создают эффект вращения ротора и имеют четное число (2, 4, 6 и т. д.). Эти полюса влияют на скорость вращения, и уравнение, связывающее базовую скорость с полюсами, определяется как:

Поскольку число полюсов делится на входное напряжение и частоту, большее количество полюсов уменьшит скорость двигателя. Конструкторы могут захотеть увеличить количество полюсов, если им нужен более медленный двигатель, а также уменьшить количество полюсов для повышения скорости. Типичные значения скорости вращения асинхронных двигателей переменного тока составляют 3600 об/мин (2 полюса) и 1800 об/мин (4 полюса), но в зависимости от использования существуют и другие значения. Обратите внимание, что асинхронные двигатели не будут точно соответствовать этим скоростям из-за явления скольжения.

Непрерывный выходной крутящий момент и кривая крутящий момент-скорость

Крутящий момент — это сила «вращения», действующая по некоторому радиусу и измеряемая в фут-фунтах или Н-м. Из-за асинхронного характера асинхронных двигателей их крутящий момент варьируется от пусковой до установившейся скорости и представлен на графиках крутящий момент-скорость (см. пример, аннотированный ниже):

 

Пусковой крутящий момент — это начальный крутящий момент при запуске. Низкий пусковой крутящий момент подходит для малых нагрузок (вентиляторы, насосы), но может потребоваться указание, если высокая нагрузка присутствует при нулевой скорости (краны, автомобили и т. д.).

Подтягивающий крутящий момент — это наименьший крутящий момент, полученный между скоростью запуска и скоростью полной нагрузки, и он может быть барьером для некоторых приложений, которым требуется минимальный крутящий момент на всем пути до работы с полной нагрузкой.

Момент выдергивания или пусковой момент — это максимальный крутящий момент, достигаемый до того, как двигатель замедлится до установившегося состояния. Этот крутящий момент необходимо понимать, если какой-то максимальный крутящий момент нельзя превзойти.

Номинальный крутящий момент определяет номинальную выходную мощность двигателя при скорости с полной нагрузкой. Существует полезное уравнение для получения номинального крутящего момента, если известны номинальная мощность и номинальная скорость:

  для английского языка или

.

для метрических

Также обратите внимание, что номинальная скорость меньше синхронной скорости, визуализируя эффект скольжения этих асинхронных двигателей.

Жилье и рабочая среда

Необходимо выбрать правильный корпус с учетом рабочей среды двигателя. NEMA и IEC разработали коды, которые стандартизируют эту защиту, включая открытый корпус, бескаркасный, полностью закрытый или устойчивый к пыли, воде или экстремальным температурам. Более подробную информацию об этих кодах можно найти в нашей статье все о двигателях.

Применение и критерии выбора

90% двигателей, используемых сегодня в промышленности, представляют собой асинхронные двигатели. В большинстве бытовых приборов используются асинхронные двигатели, хотя они, как правило, однофазные из соображений экономичности. Трехфазные асинхронные двигатели в основном используются в механизации и бывают двух основных разновидностей: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором (дополнительную информацию можно найти в наших статьях о двигателях с короткозамкнутым ротором и двигателях с фазным ротором).

Двигатели с круглой обмоткой

полезны в приложениях, требующих высокого пускового момента при низком пусковом токе и возможности регулирования скорости. Они находят применение в конвейерах, кранах, насосах, лифтах и ​​компрессорах.

Двигатели с короткозамкнутым ротором

имеют высокий КПД и, как правило, дешевле, чем двигатели с обмоткой. NEMA определила классы многофазных двигателей с короткозамкнутым ротором в зависимости от области применения, которые приведены ниже:

  • Двигатели класса А — нормальный пусковой момент, высокий пусковой ток, низкое скольжение, высокий КПД. Применение включает вентиляторы, воздуходувки, небольшие насосы и т. д.
  • Двигатели класса B

  • — нормальный пусковой момент, низкий пусковой ток, малое скольжение. Области применения включают пускатели напряжения и приложения класса А.
  • Двигатели класса C

  • — высокий пусковой момент, низкий пусковой ток. Области применения включают компрессоры, конвейеры, поршневые насосы, дробилки и т. д.
  • Двигатели класса D

  • — самый высокий пусковой момент, низкий пусковой ток, высокое рабочее скольжение, низкий КПД. Области применения включают штамповочные прессы, бульдозеры, штамповочные машины, устройства для ударной загрузки и т. д.

Итак, как уже говорилось, при выборе правильного асинхронного двигателя для работы необходимо учитывать многое. Понимание напряжения, фазы, мощности, крутящего момента, скорости и форм-фактора поможет сузить область поиска, а определение уникальных характеристик вашего приложения поможет вам найти нужный двигатель.

Резюме

В этой статье представлено понимание того, что такое асинхронные двигатели и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

Источники:
  1. https://geosci.uchicago.edu
  2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnet/indmot.html
  3. http://www.egr.unlv.edu/~eebag/Induction%20Motors.pdf
  4. http://electricalacademia.com/induction-motor/torque-speed-characteristics-induction-motor/
  5. https://www.controleng.com/articles/what-to-consider-when-choosing-an-ac-induction-motor/
  6. http://ocw.uniovi.es

Другие товары для двигателей

  • Все о бесщеточных двигателях постоянного тока: что это такое и как они работают
  • Все о двигателях с постоянными магнитами — что это такое и как они работают
  • Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии — что это такое и как они работают
  • Все о шунтирующих двигателях постоянного тока — что это такое и как они работают
  • Все о шаговых двигателях — что это такое и как они работают
  • Шаговые двигатели

  • и серводвигатели — в чем разница?
  • Все о контроллерах двигателей переменного тока — что это такое и как они работают
  • Синхронные двигатели

  • и асинхронные двигатели — в чем разница?
  • Бесщеточные двигатели

  • и щеточные двигатели — в чем разница?
  • Кто изобрел паровой двигатель? Урок промышленной истории
  • Все о двигателях с электронным управлением: что это такое и как они работают
  • Двигатели постоянного тока

  • и серводвигатели — в чем разница?
  • Шаговые двигатели

  • и двигатели постоянного тока — в чем разница?
  • Все о контроллерах серводвигателей — что это такое и как они работают
  • Что такое трехфазный двигатель и как он работает?
  • ECM Motors и PSC Motors — в чем разница?
  • Все о устройствах плавного пуска двигателей: что это такое и как они работают
  • Все о контроллерах двигателей постоянного тока — что это такое и как они работают
  • Основы тестирования двигателя (и ротора)
  • Что такое штамповка двигателя и как она работает?
  • Все о двигателях с дробной мощностью

Другие товары от Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Электрические машины — Асинхронные машины

Стандарты и законодательство

Влияние конструкции ротора на производительность

При оценке кривой крутящего момента видно, что
сопротивление цепи ротора оказывает значительное влияние на проскальзывание при отрыве, скорость, при которой возникает максимальный крутящий момент.
На рис. 1 показаны два случая: низкое сопротивление ротора слева и высокое сопротивление ротора справа. Из графиков видно, что высокое сопротивление ротора обеспечивает высокий пусковой момент.
приводит к быстрому ускорению механической системы. Это может быть желательно, так как во время запуска
ток статора значительно выше номинального тока.
Короткое время разгона снижает нагрузку на энергосистему, вызванную большими токами.

Несмотря на то, что желательны высокие пусковые моменты, высокое сопротивление ротора приводит к относительно высокому проскальзыванию при нормальной работе. Поскольку крутящий момент пропорционален джоулевым потерям ротора, деленным на скольжение, высокое сопротивление вызывает повышенные потери и снижение эффективности при нормальной работе.

Кривые скорости вращения для случаев с низким и высоким сопротивлением ротора

Вышеупомянутые пункты вызывают проблему. Для большинства применений желательно иметь:

  • высокий пусковой момент
  • высокая эффективность при номинальной скорости

Однако конструкции с высоким пусковым моментом будут иметь низкую эффективность при номинальной скорости, а конструкции с
высокий КПД будет иметь низкий пусковой момент. Чтобы разрешить эти конфликтующие требования, необходимо рассмотреть два шага:

  1. Внимательное рассмотрение требований приложения
  2. Конструкции двигателей с переменным сопротивлением ротора.

Требования к приложению

Для многих двигателей не требуется как высокий пусковой крутящий момент, так и высокий номинальный КПД. С другой стороны, требование либо к высокому пусковому моменту, либо к эффективности может быть настолько значительным, что перевешивает другие требования. Рассмотрим два примера:

  1. Нагрузка вентилятора

    Вентиляторы и роторные насосы обычно требуют крутящего момента, который зависит либо от квадрата, либо от куба механической скорости. При вращении вентилятора двигатель должен обеспечивать номинальный крутящий момент при номинальной скорости, но при более низких скоростях требуемый крутящий момент значительно ниже.
    Таким образом, применение вентилятора обычно не требует значительного пускового момента, эффективность во время стабильной работы на номинальной скорости является первостепенной задачей.

  2. Высокоинерционные нагрузки с переменным крутящим моментом

    Этот тип нагрузки обычно включает механические пробойники и поршневые штанговые насосы, используемые при добыче нефти. В случае с поршневым насосом механическая нагрузка меняется со временем, иногда двигатель работает против силы тяжести, поднимая нефть из земли, а иногда он работает под действием силы тяжести, когда шток падает. Диапазон скоростей этой системы значителен, требуя очень
    высокие крутящие моменты на низких скоростях. Когда двигатель работает на высокой скорости (когда шток падает), требования к крутящему моменту (и эффективности) минимальны. В этом случае преобладающим требованием является высокий крутящий момент на низкой скорости.

Переменное сопротивление ротора

Хотя обычно считается, что низкочастотные проводники имеют постоянное сопротивление, сопротивление
все проводники переменного тока является функцией частоты. Наведенные токи в проводниках противодействуют возникающему магнитному полю. В результате глубина проникновения магнитного поля в проводник будет меняться в зависимости от частоты. (Величина индуцированного напряжения зависит от скорости изменения потока и, следовательно, от частоты)

Толщина скин-слоя

Толщина скин-слоя проводника определяется как глубина, на которой величина магнитного поля падает до 1/e величины поверхности. Мы можем аппроксимировать это как глубину, на которой токи фактически
течет в проводнике. Глубина кожи определяется как

\[
\ delta = \ sqrt {\ frac {1} {\ pi \ sigma \ mu f}}
\]

, где

  • \(\дельта\) — глубина скин-слоя
  • \(\mu\) — проницаемость проводящего материала (\(\mu_0\) для немагнитных металлов)
  • \(\сигма\) — проводимость проводящего материала
  • \(f\) — частота магнитного поля с точки зрения проводника

Поскольку частота магнитного поля статора, воспринимаемая проводниками ротора, является функцией скольжения, активно проводящая область стержней ротора будет функцией скольжения. 7\) в машине с питанием 60 Гц.

Таблица иллюстрирует ряд важных моментов:

  1. Какой бы ни была глубина стержня ротора, только верхние 12 мм проводят ток в состоянии покоя
  2. Средне-крупные машины с стержнями глубже 12 мм будут иметь различное сопротивление ротора
  3. Небольшие машины с стержнями глубиной менее 12 мм будут иметь фактически постоянное сопротивление ротора

Например, машина с прямоугольным стержнем глубиной 72 мм будет иметь сопротивление в 6 раз меньше
при малых пробуксовках, чем при запуске.

Slip Slip Frequency (hz) δ (mm)
0.025 1.5 76.3
0.05 3.0 54.0
0.083 5.0 42.8
0.167 10.0 29.6
0.333 20.0 20.6
0.50 30. 0 17.1
0.667 40.0 14.8
0.833 50.0 13.2
1.0 60.0 12.0

Table 1. Skin Depth as a Function of Slip

Классы конструкции двигателей NEMA

Поскольку для различных применений требуются разные характеристики асинхронных двигателей, Национальный
Ассоциация производителей электрооборудования (NEMA), американская организация, определила различные классы асинхронных двигателей,
с разными характеристиками. Типичные кривые скорости вращения для классов A-D показаны на рис. 2.9.0003

Электродвигатели классов A и D получаются путем проектирования сопротивления ротора либо низким (класс A), либо
высокий (класс D). Классы B и C получаются за счет использования эффекта глубины скин-слоя для получения схемы ротора с переменным сопротивлением. Пример конструкции проводника ротора для классов от A до D показан на рис. 3. По сравнению с классами A и B, класс B имеет более глубокую шину для использования эффекта глубины скин-слоя. Ширина полосы может варьироваться, чтобы усилить этот эффект. Роторы класса C обычно изготавливаются с двумя отдельными сепараторами. Только внешняя клетка будет проводить при запуске. Между клетками и в верхней части паза находится воздух (для уменьшения потока рассеяния). Обратите внимание, что конструкции литых роторов должны иметь закрытую щель, чтобы предотвратить утечку расплавленного алюминия. Класс D имеет небольшой проводник, дающий высокое сопротивление при любых проскальзываниях. Показанный пример класса D имеет открытую прорезь для изготовления ротора.

Рис. 2. Эскизы кривых скорости крутящего момента NEMA cals A-D
Рис. 3. Иллюстрация форм стержней ротора для различных классов двигателей

Сводная информация о характеристиках классов двигателей представлена ​​в таблице ниже Тип Общего назначения Общего назначения Высокий пусковой крутящий момент Очень высокий пусковой крутящий момент СТАРЬ ТУРНАЯ МОНЕК 100% Оценка для более крупных двигателей, 200%, оцениваемые, меньшие двигатели 100% оценки для более крупных двигателей, 200%, более мелкие двигатели.

Начало ток ~ 800%. Оценка 500% -600%.0256 Свиска для выдвижения <0,2 <0,2 Высокий, может быть до 1,0 RATE. , обычно <0,03 <0,05, выше класса B Высокий, обычно от 0,07 до 0,11, может быть до 0,170257

Компрессоры, насосы, конвейеры Применения с высокой инерцией, т.е. механические пробойники Примечания Высокий пусковой ток вызывает проблемы в системе питания, может привести к падению напряжения питания и требует специальных методов запуска.
Более эффективен, чем тот же размер класса B Заменяет класс A из-за более низкого пускового тока. Стандартный серийный мотор. Применения, требующие высоких пусковых моментов. Обратите внимание, что крутящий момент натяжения и отрыва может быть ниже начального крутящего момента. Менее эффективен, чем класс B Применение с очень высокой инерцией. например в перфораторном или возвратно-поступательном насосе, где скольжение может варьироваться от 0 до 0,50 Значительно менее эффективен, чем другие конструкции

Таблица 2. Сводка характеристик класса конструкции двигателя

История, эффективность и стандарты

История

Асинхронный двигатель был продемонстрирован и описан в статье, опубликованной Галилео Феррарисом в Турине, Италия, в 1888 году. В то же время в Северной Америке принцип был запатентован Николой Теслой, также в 1888 году.5 трехфазных асинхронных двигателей
подобные сегодняшним проектам были доступны. С тех пор асинхронные двигатели стали
меньше и эффективнее. Эти улучшения не обязательно совместимы с
между собой и произошли по разным причинам.

  • Машины меньшего размера были разработаны, потому что производители
    интерес к этому. Физически меньшая индукционная машина с той же выходной мощностью
    будут иметь меньшие материальные затраты и, следовательно, могут быть сделаны более прибыльными.
  • Более эффективные машины были разработаны благодаря комбинации
    желания конечного пользователя и законодательства. Более эффективные машины будут иметь более низкие эксплуатационные расходы и
    требуют меньше выработки = что приводит к снижению выбросов парниковых газов от ископаемого топлива
    электростанции.

Energy Efficient Design

Методы повышения эффективности двигателя хорошо известны:

  1. Используйте более толстые проводники. Увеличение сечения проводников приведет к
    нижний я 2 Р потери.
  2. Увеличить длину машины. Более длинная машина требует меньшей плотности крутящего момента, что
    означает меньшую плотность потока. Более низкая плотность потока приведет к меньшим потерям в железе.
  3. Увеличить наружный диаметр статора. Увеличенный внешний диаметр означает увеличение
    площадь поверхности, обеспечивающая более эффективное охлаждение. Это, в свою очередь, означает, что меньшая мощность
    можно использовать вентилятор
  4. Используйте ламинированную сталь с низкими потерями. Ламинированные стали можно купить разных марок,
    с переменными гистерезисными потерями. Также можно купить ламинаты различной толщины, с
    более тонкие пластины, что приводит к меньшим потерям на вихревые токи. Тонкое ламинирование с низкими потерями будет иметь
    значительно меньшие потери в железе, чем у более толстого стандартного ламината
  5. Убедитесь, что длина воздушного зазора постоянна. Если поверхности воздушного зазора обработаны
    дайте постоянный воздушный зазор, будут меньшие колебания плотности потока и, следовательно,
    снижение вероятности концентрации потерь железа. (Потери на вихревые токи зависят от
    квадрат плотности потока)
Факторы, ограничивающие использование двигателей с более высоким КПД

Первым ограничением на использование двигателей с высоким КПД является стоимость.
Рассматривая вышеперечисленные варианты повышения эффективности, 1-3 требуют большего количества материала для загрузки.
двигатель, увеличивая материальные затраты. Вариант 4 требует более дорогих ламинатов (более тонких
ламинаты и сталь с низкими потерями стоят дороже). Кроме того, если более тонкие пластины
используются, требуется большее количество ламинатов для данной длины машины, что приводит к более высокому
производственные затраты (больше пуансонов для ламинирования на машину, повышенный износ пуансонов, более
сложная обработка). Вариант 5 снова добавляет дополнительный этап в производственный процесс.
увеличение производственных затрат.

Видно, что все очевидные варианты повышения КПД двигателя
приводит к более дорогим машинам. Таким образом, для поддержания прибыльности производители должны
увеличить покупную цену машины, если она более эффективна.

С точки зрения конечного пользователя, увеличение начальной цены покупки
Более эффективный двигатель более чем компенсируется снижением эксплуатационных расходов в течение всего срока службы. Премия
Эффективный двигатель обычно окупается за счет экономии электроэнергии примерно через 4 года (при условии, что
постоянная работа). Типичный срок службы двигателя составляет около 20 лет, поэтому от срока службы
С точки зрения экономичности двигатели премиум-класса являются разумным выбором.

Если двигатели премиум-класса являются таким разумным выбором, вопрос должен
спросите, почему люди не покупают двигатели премиум-класса. (Обычно они этого не делают). Число
причин можно найти:

  • Большинство покупок моторов совершает не конечный пользователь. Они сделаны «OEM»: другие
    производителей оборудования. OEM-производители не оплачивают эксплуатационные расходы двигателя и должны поддерживать
    снизить себестоимость, чтобы сохранить рентабельность.
  • Новое оборудование закупается за счет капитальных бюджетов. Обычно это не зависит ни от чего
    будущий операционный бюджет. Капитальные затраты обычно должны быть сведены к минимуму при разработке
    нового объекта и обычно финансируются за счет единовременных фиксированных бюджетов. Как только объект
    построен, эксплуатационные расходы финансируются из другого бюджета.
  • Крупные потребители сами производят электроэнергию. На регулируемом рынке электроэнергии большие
    пользователям не особо важно, сколько электричества они потребляют, пока оно ниже
    их генерирующая мощность. С появлением нерегулируемых рынков и возможностью
    продажа избыточных генерирующих мощностей обратно в сеть, это не проблема.

Второй предел развития высокоэффективных двигателей
были стандарты. Все двигатели малых и средних размеров (до нескольких сотен л.с.) должны быть
изготовлены в соответствии с промышленными стандартами. Это ограничивает возможности производителей быть инновационными.
с новыми моторами. например максимальная длина и наружный диаметр указаны в стандарте,
поэтому не может быть увеличена за пределы определенной точки для повышения эффективности. Кроме того, стандарты
указать минимальные уровни эффективности, которые должны быть соблюдены. Поскольку все двигатели, соответствующие стандарту
рассматриваются как эквивалентные, у производителя А нет стимула превышать стандарт, поскольку это
сделать его двигатели дороже, чем у производителя B, который просто соответствует стандарту.
Чтобы оставаться в бизнесе, производитель должен стремиться как минимум соответствовать стандартам.
стоимость единицы продукции, что обычно означает просто соответствие стандарту.

Увеличение проникновения на рынок

В обществе существует ряд секторов, которые пытаются увеличить
использование двигателей премиум-класса. Наиболее влиятельными в этой области являются правительства,
коммунальные службы и экологически сознательные потребители.

Правительства обеспокоены сокращением потребления энергии в первую очередь потому, что
обязательств по сокращению выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, производимых ископаемым топливом
электростанции. Кроме того, более эффективная отрасль в долгосрочной перспективе будет более эффективной.
глобально конкурентоспособны.

Все большее число потребителей требуют «более экологичных» продуктов. Этот
значительный сегмент рынка обладает покупательной способностью влиять на развитие
более эффективные продукты. Этот тип потребителей обычно готов платить
больше для «более экологичных» продуктов (например, гибридные автомобили, стиральные машины с фронтальной загрузкой)

Правительства имеют наибольшую власть влиять на эту область. В целях
для продвижения энергоэффективных продуктов конечным потребителям был использован подход «Energy Star»,
подчеркивая преимущества энергоэффективных конструкций. Это особенно эффективно
с потребительскими товарами, поскольку покупатель обычно является конечным пользователем.

Влияние энергоэффективных машин на промышленное использование доказано
труднее. Правительства во всем мире обращаются к законодательству, чтобы указать минимальную эффективность. Этого можно достичь за счет повышения минимальной эффективности, указанной в стандартах

.

Стандарты

Методы повышения эффективности двигателей хорошо
известен. Однако видно, что шаги по созданию более эффективной машины
не обязательно в интересах производителя или покупателя машины. Это
также можно увидеть, что в некоторых случаях Стандарты, как можно было бы сказать, препятствовали
разработка новых, более эффективных конструкций.

Стандарт, охватывающий проектирование, конструкцию и эксплуатационные ограничения
асинхронных машин в Северной Америке — NEMA MG1.

NEMA — Национальная ассоциация производителей электрооборудования.
Association, американская группа, представляющая производителей электрооборудования. МГ-1 это
Стандарт для двигателей и генераторов. Канадские моторы также следуют за MG-1.

NEMA MG-1 устанавливает минимальные значения производительности (например, пуск, подтягивание,
момент отрыва, эффективность), а также механические ограничения. Моторы сгруппированы
по типоразмеру и все двигатели определенного типоразмера должны иметь одинаковые наружные размеры,
расположение отверстий под болты и т. д. Стандарт также определяет следующие классификации

  • TEFC: Полностью закрытый, с вентиляторным охлаждением
  • TENV: Полностью закрытая естественная вентиляция
  • ODP: открытый, влагонепроницаемый
  • Взрывозащищенный

Преимущество стандарта в том, что потребитель знает, что это такое
покупка, независимая от производителя. Это позволяет легко сравнивать бренды на основе
по стоимости. например все двигатели мощностью 5 л.с. будут иметь одинаковый физический размер и форму, и в случае
неисправности один двигатель может быть заменен другим от другого производителя без
необходимо перепроектировать точки крепления, болты и т. д.

Законодательство

Иногда стандарты ограничивали стимулы для повышения эффективности
конструкции. В результате правительства обязали законодательные усовершенствования по сравнению с MG-1 (MG-1
был переписан в соответствии с законодательством. Канада была одной из первых юрисдикций,
принять законы для повышения эффективности, внедрив стандарт CSA 390, предписывающий поэтапное изменение
в эффективности двигателя. За этим последовало в США законодательство НЕПАКТ, которое дублировало
канадские пределы эффективности, что привело к общему североамериканскому стандарту эффективности.

Резюме

Стандарты определяют конструкцию двигателя и рабочие параметры, позволяя потребителям
сделать осознанный выбор двигателей, которые они покупают.