1 Технологический процесс и конструктивные особенности, принцип действия асинхронного двигателя

Титульный лист!

Содержание

Введение

1 Технологический процесс и конструктивные особенности, принцип действия

1.1 Принцип действия асинхронного двигателя

1.2 Конструктивные особенности асинхронного двигателя

1.3 Типовой технологический процесс асинхронного двигателя

2 Технологический процесс изготовления статора асинхронного двигателя

2.1 Конструктивные особенности статора асинхронного двигателя

2.2 Технологический процесс изготовления статора

3 Приспособление используемое в технологическом процессе

4 Контроль и испытания статора асинхронного двигателя

5 Проектирование участка по производству статора асинхронного двигателя

Заключение

Список литературы

Введение

Электротехническая промышленность – ведущая отрасль народного хозяйства. Продукция электротехнической промышленности используется почти во всех промышленных установках, поэтому качество электротехнических изделий во многом определяет технический уровень продукции других отраслей.

Асинхронный двигатель является преобразователем электрической энергии в механическую и составляет основу большинства механизмов, использовавшихся во всех отраслях народного хозяйства.

Асинхронной машиной является электромеханический преобразователь, в котором возникновение момента на валу ротора возможно лишь при различных скоростях вращения магнитного поля и ротора.

Асинхронные машины наибольшее распространение получили как двигатели. Это основной двигатель, применяемый в промышленности, сельском хозяйстве и в быту. Только асинхронных двигателей единых серий мощностью от 0,6 до 400 кВт в нашей стране ежегодно выпускается около 10 млн. Асинхронных микродвигателей мощностью от 0,6 кВт изготовляется несколько десятков миллионов в год.

Электротехническая промышленность выпускает асинхронные двигатели в большом диапазоне мощностей. Предельная мощность асинхронных двигателей – несколько десятков мегаватт. В индикаторных системах применяются асинхронные двигатели мощностью от долей ватта до сотен ватт. Частота вращения двигателей общего назначения – от 3000 до 500 об/мин.

В настоящее время асинхронные двигатели потребляют более 40% вырабатываемой электрической энергии, на их изготовление расходуется большое количество дефицитных материалов: обмоточной меди, изоляции, электрической стали и других затрат.

На ремонт и обслуживание асинхронных двигателей в эксплуатации средства составляют более 5 % затрат из обслуживания всего установленного оборудования.

Чаще всего асинхронные машины используют в двигательном режиме. В генераторном режиме асинхронные машины применяются редко. Для создания поля в зазоре асинхронной машины необходима реактивная мощность, которая забирается из сети или от других источников реактивной мощности.

Асинхронные двигатели не могут работать с cosφ=1. Это существенный недостаток асинхронных машин, ограничивающий их применение в генераторном режиме.

В конструктивном исполнении асинхронные двигатели наиболее простые, обладают достаточно большим коэффициентом полезного действия, высокой удельной мощностью и надежностью, имеют сравнительно низкую стоимость и габариты – поэтому асинхронный двигатель получил наибольшее распространение по сравнению с другими электрическими машинами.

Наиболее распространенные среди электрических двигателей получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструированный известным русским электриком М. О. Доливо-Добровольским.

Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей — ротора и статора. Статором называется неподвижная часть машины, ротором — ее вращающаяся часть.

Асинхронная машина обладает свойством обратимости, то есть может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генераторы практически не применяются, тогда, как асинхронные двигатели получили очень широкое распространение.

Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту рассчитывается по формуле:

n₁=60f₁/p

где: n − частота вращения магнитного поля статора; . f − частота тока в сети;

р — число пар полюсов.

Если ротор вращается с частотой, равной частоте вращения магнитного поля статора, то такая частота называется синхронной.

Если ротор вращается с частотой, не равной частоте магнитного поля статора, то такая частота называется асинхронной.

  В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте, то есть при частоте вращения ротора, не равной частоте вращения магнитного поля.

Номинальная частота вращения асинхронного двигателя зависит от частоты вращения магнитного поля статора и не может быть выбрана произвольно. При стандартной частоте промышленного тока 50Гц возможные синхронные частоты вращения (частоты вращения магнитного поля) n₁=60f₁/p=3000/p

Работа асинхронного электродвигателя основана на явлении, названном «диск Араго — Ленца». Это явление заключается в следующем: если перед полосами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать магнит вокруг его оси при помощи рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направлении. Это объясняется тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуктирует в нем вихревые токи.

В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита, возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца направление всякого индуктивного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше, чем частота вращения магнита. Если бы эти частицы почему-либо стали одинаковыми, то магнитное поле не перемещалось бы относительно диска, и, следовательно, в нем не возникали бы вихревые токи, то есть не было бы силы, под действием которой диск вращается.

В асинхронных двигателях, используемых в бензогенераторах и дизель генераторах, постоянный магнит заменен вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока.

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС, то есть электродвижущую силу.

Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней под действием индуктируемой электродвижущей силы проходит ток.

В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающемся магнитным полем обмотки статора создается вращающейся момент, под действием которого ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля.

Если предположить, что в какой-то момент времени частота вращения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекать магнитное поле статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающийся момент станет равным 0 и частота вращения ротора уменьшится по сравнению с частотой вращения поля статора, пока не возникнет вращающейся момент, уравновешивающий тормозной момент, который складывается из момента нагрузки на валу и момента сил трения в машине.

Асинхронная машина кроме двигательного режима может работать в генераторном режиме и режиме электромагнитного тормоза.

Генераторный режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постоянного двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения, большей частоты вращения магнитного поля. Поэтому работе асинхронной машины в генераторном режиме соответствуют скольжения в пределах от 0 до 1.

Если ротор под действием посторонних сил начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникает режим электромагнитного тормоза.

Для изменения направления вращения ротора, то есть для реверсирования двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмотками статора. Это достигается изменением чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами по отношению к зажимам сети любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Вне зависимости от направления вращения ротора его частота n всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического регулирования и

---

При копировании материала укажите ссылку © 2018
контакты
rykovodstvo.ru

Введение. Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического регулирования и управления, в быту. Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую, и наоборот. Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называются генератором. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется двигателями. Любая электрическая машина может быть использована как в качестве генератора, так и в качестве электродвигателя. Это свойство электрической машины изменять направление преобразуемой ею энергии называется обратимостью машины. Электрическая машина может быть также использована для преобразования электрической энергии одного рода тока ( частоты, числа фаз переменного тока, напряжения постоянного тока ) в энергию другого рода тока. Такие электрические машины называются преобразователями. В зависимости от рода тока электроустановки, в которой должна работать электрическая машина, они делятся на машины постоянного и переменного тока. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и много фазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные машины, а также катекторные машины переменного тока, которые допускают экономичное регулирование частоты вращения в широких пределах В настоящее время асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электрическими машинами. Они потребляют около 50% электроэнергии, вырабатываемой электростанциями страны. Такое широкое распространение асинхронные электродвигатели получили из-за своей конструктивной простоты, низкой стоимости, высокой эксплуатационной надежности. Они имеют относительно высокий КПД: при мощностях более 1кВт кпд=0,7:0,95 и только в микродвигателях он снижается до 0,2-0,65. Наряду с большими достоинствами асинхронные двигатели имеют и некоторые недостатки: потребление из сети реактивного тока, необходимого для создания магнитного потока, в результате чего асинхронные двигатели работают с соs =1. Кроме того, по возможностям регулировать частоту вращения они уступают двигателям постоянного тока. Появление трехфазных асинхронных двигателей связано с именем М.О.Доливо-Добровольского. Эти двигатели были изобретены им в 1889г. Принцип действия асинхронных двигателей Наиболее распространенные среди электрических двигателей получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструированный известным русским электриком М.О.Доливо-Добровольским. Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей — ротора и статора. Статором называется неподвижная часть машины, ротором – ее вращающаяся часть. Асинхронная машина обладает свойством обратимости, то есть может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генераторы практически не применяются, тогда, как асинхронные двигатели получили очень широкое распространение. Много фазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту рассчитывается по формуле: n1=60f1/p, [1, стр. 134] где: n- частота вращения магнитного поля статора; f — частота тока в сети; р — число пар полюсов. Если ротор вращается с частотой, равной частоте вращения магнитного поля статора, то такая частота называется синхронной. Если ротор вращается с частотой, не равной частоте магнитного поля статора, то такая частота называется асинхронной. В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте, то есть при частоте вращения ротора, не равной частоте вращения магнитного поля. Номинальная частота вращения асинхронного двигателя зависит от частоты вращения магнитного поля статора и не может быть выбрана произвольно. При стандартной частоте промышленного тока f1=50Гц возможные синхронные частоты вращения (частоты вращения магнитного поля) n1=60f1/p=3000/p Работа асинхронного электродвигателя основана на явлении, названном “диск Араго — Ленца” Это явление заключается в следующем: если перед полосами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать магнит вокруг его оси при помощи рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направлении. Это объясняется тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуктирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита, возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца направление всякого индуктивного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше, чем частота вращения магнита. Если бы эти частицы почему-либо стали одинаковыми, то магнитное поле не перемещалось бы относительно диска, и, следовательно, в нем не возникали бы вихревые токи, то есть не было бы силы, под действием которой диск вращается. В асинхронных двигателях постоянный магнит заменен вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока. Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС, то есть электродвижущую силу. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней под действием индуктируемой электродвижущей силы проходит ток. В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающемся магнитным полем обмотки статора создается вращающейся момент, под действием которого ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля. Если предположить, что в какой-то момент времени частота вращения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекать магнитное поле статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающийся момент станет равным нулю и частота вращения ротора уменьшится по сравнению с частотой вращения поля статора, пока не возникнет вращающейся момент, уравновешивающий тормозной момент, который складывается из момента нагрузки на валу и момента сил трения в машине. Асинхронная машина кроме двигательного режима может работать в генераторном режиме и режиме электромагнитного тормоза. Генераторный режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постоянного двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения, большей частоты вращения магнитного поля. Поэтому работе асинхронной машины в генераторном режиме соответствуют скольжения в пределах от 0 до- .Если ротор под действием посторонних сил начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникает режим электромагнитного тормоза. Режим электромагнитного тормоза начинается при n=0 и может продолжаться теоретически до n= , поэтому скольжение находиться в пределах от 1 до + . Для изменения направления вращения ротора, то есть для реверсирования двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмотками статора. Это достигается изменением чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами по отношению к зажимам сети любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Вне зависимости от направления вращения ротора его частота n всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. Устройство асинхронных электродвигателей. Асинхронные электродвигатели состоят из двух частей : неподвижной – статора и вращающейся – ротора. Сердечник статора, представляющий собой полый цилиндр, набирают из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5-0,35мм. Для сердечников асинхронных двигателей применяются холоднокатаные изотронные электротехнические стали марок 2013,02312,02411 и другие. Листы или пластины штампуют с впадинами (пазами), изолируют лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые потоки, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя. К станине прикрепляют также боковые щиты с помещенными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора. Станину устанавливают на фундамент. В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки, которые соединяют между собой так, что образуется трех фазная система. На щитке машины имеется шесть зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каждой фазы. Для подключения обмоток статора к трехфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником, что дает возможность включать двигатель в сеть с двумя разными линейными напряжениями. Например, двигатель может работать от сети с напряжением 220 и 127в. На щитах машины указаны оба напряжения сети, на которые рассчитан двигатель, то есть 220/127в или 380/220в. Для более низких напряжений, указанных на щитке, обмотка статора соединяется треугольником, для более высоких – звездой. При соединении обмотки статора треугольником на щитке машины верхние зажимы объединяют перемычками с нижними, а каждую пару соединенную вместе зажимов подключают к линейным проводам трехфазной сети. Для включения звездой три нижних зажима на щитке соединяют перемычками в общую точку, а верхние подключают к линейным проводам трехфазной сети. Роторы асинхронных электродвигателей выполняют двух видов: с короткозамкнутой и фазной обмотками. Первый вид двигателей называют асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а второй – асинхронными двигателями с фазным ротором или асинхронными двигателями с контактными кольцами. Наибольшее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором. Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5мм, изолированных лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи. Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины. Из пакетов образуются цилиндры с продольными пазами, в которых укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса. В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцевых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготовляют из алюминия. Алюминий в горячем состоянии заливают в пазы ротора под давлением. Такая обмотка всегда замкнута накоротко и включение сопротивления в нее не возможно. Фазная обмотка ротора выполнена подобно статорной, то есть проводники соответствующим образом соединены между собой, образуя трехфазную систему. Обмотки трех фаз соединены звездой. Начала этих обмоток подключены к трем контактным медным кольцам, укрепленным на валу ротора. Кольца изолированы друг от друга и от вала и вращаются вместе с ротором. При вращении колец поверхности их скользят по угольным или медным щеткам, неподвижно укрепленным над кольцами. Обмотка ротора может быть замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко при помощи указанных выше щеток. Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и надежнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами. В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и специальных случаях используют фазную обмотку ротора. Асинхронные двигатели производят мощностью от нескольких десятков ватт до 15000кВт при напряжениях обмотки статора до 6кВ. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого оказывает существенное влияние на рабочие свойства двигателя. Наряду с важными положительными качествами – простой конструкции и обслуживания, малой стоимостью – асинхронный двигатель имеет и некоторые недостатки, из которых наиболее существенным является относительно низкий коэффициент мощности (соs ). У асинхронного двигателя соs при полной нагрузке может достигать значения 0,85-0,9; при недогрузках двигателя его соs резко уменьшается и при холостом ходе составляет 0,2-0,3. Низкий коэффициент мощности асинхронного двигателя объясняется большим потреблением реактивной мощности, которая необходима для возбуждения магнитного поля. Магнитный поток в асинхронном двигателе встречает на своем пути воздушный зазор между статором и ротором, который в большей степени увеличивает магнитное сопротивление, а следовательно, и потребляемую двигателем мощность. В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей воздушный зазор стремятся делать возможно меньшим, доводя его у малых двигателей (порядка 2-5кВт) до 0,3мм. В двигателях большой мощности воздушный зазор приходится увеличивать по конструктивным соображениям, но все же он не превышает 2-2,5мм. Вал ротора вращается в подшипниках, которые укреплены в боковых щитах, называемых подшипниковыми щитами. Главным образом это подшипники качения и только в машинах большой мощности иногда используются подшипники скольжения. Подшипниковые щиты прикрепляют болтами к корпусу статора. В корпус запрессовывают сердечник статора. Техника безопасности. Блоки и отдельные панели щитов, а также силовые шкафы следует перевозить на автомашинах в вертикальном положении с закреплением растяжками и упорами. При перемещении шкафов и щитов по прочному полу или настилу необходимо пользоваться рожковыми ломами. Страховку груза при подъеме производят стропами — короткими кусками цепи или стального каната, снабженного крюками, петлями. Устанавливать на место монтажа щиты, шкафы и пусковые ящики массой более 196Н (20 килограмм) следует не менее чем двум рабочим. При установке конструкций, закрепляемых в стенах, потолках или полах с помощью цементного раствора, нельзя удалять поддерживающие детали до полного затвердения раствора. При наличии кабельных каналов сзади или спереди щита на время его монтажа необходимо закрыть их плитами или досками толщиной не менее 50 миллиметров. Собранные блоки панелей до их постоянного закрепления необходимо временно скрепить между собой и ближайшей стеной. При установке и регулировке аппаратов щита, имеющих движущиеся части на обратной стороне панели, необходимо принять меры для безопасности работающих сзади щита. Работы по установке электродвигателей на фундаменты следует выполнять в рукавицах. Электродвигатели массой до 50 килограмм на низкие фундаменты можно установить вручную, но не менее, чем двумя рабочими. Запрещается проверять пальцами совмещение отверстий в собираемых панелях щитов или полумуфтах (для этой цели использую специальные шаблоны). Запрещается перемещение, и установка щитов без принятия мер, предупреждающих их опрокидывание. При затяжке болтовых соединений полумуфт запрещается : пользоваться вместо гаечных ключей каким-либо другим инструментом ; удлинять гаечные ключи другими ключами, отрезками труб и так далее ; пользоваться неисправными гаечными ключами или ключами несоответствующих размеров. Перед пробным пуском электродвигателя необходимо проверить: крепление фундаментных блоков и прочих элементов оборудования; отсутствие посторонних предметов внутри или вблизи оборудования; наличие защитного заземления. Схемы пуска асинхронного двигателя. Существует множество схем пуска асинхронного двигателя. Можно двигатель включить по средствам прямого пуска, то есть с помощью рубильника или автоматического выключателя. Также асинхронный двигатель можно включить с помощью различной коммутационной аппаратуры, то есть через контактор, магнитный пускатель, и так далее. На рисунке 1 изображена электрическая система пуска асинхронного двигателя через магнитный пускатель, автоматический выключатель и кнопку управления.

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, которая включает открытый корпус, бескаркасный корпус, полностью закрытый корпус или устойчивость 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

Повышение температуры и срок службы двигателя переменного тока

Загрузить PDF

1.

Повышение температуры и класс термостойкости двигателя переменного тока

Преобразование и потери электрической энергии мощность для вращения и выдает ее. Электрическая энергия не на 100 % преобразуется в мощность, и часть энергии теряется (тепло).

Повышение температуры двигателя влияет на ограничение времени работы и срок службы двигателя.

Класс теплостойкости двигателя и выгорание

Класс жаростойкости — это классификация, основанная на классе термостойкости изоляционного материала. Он определяется стандартом JIS. Наши двигатели переменного тока относятся к классу E (120°C) или классу B (130°C). Классификация варьируется от серии к серии.

Если внутренняя температура двигателя на некоторое время превышает значение теплового класса, пленка обмотки плавится и происходит короткое замыкание. Это явление называется выгоранием. Сгоревший двигатель перестанет работать. Также, если не сгореть, повышение температуры влияет на срок службы мотора. Во время работы следите за тем, чтобы не превысить допустимую температуру обмотки.
Поскольку температуру обмотки внутри двигателя нельзя измерить напрямую, измерьте температуру поверхности корпуса двигателя в качестве эталона.
Для нашего двигателя переменного тока разница температур между обмотками и корпусом двигателя составляет до 30 °C. Рекомендации для каждого класса термостойкости приведены в таблице ниже.

Наши двигатели переменного тока не сгорят, если температура корпуса двигателя ниже 90°C.

2. Номинальное время работы двигателя переменного тока

Мы представим повышение температуры обмотки двигателя при фактическом вращении двигателя.

Изменение температуры обмотки двигателя по истечении времени работы

Мы определили превышение температуры и время работы двигателя переменного тока в самых тяжелых условиях для двигателя.

• Условия измерения:
・ Температура окружающей среды: 50° C (Верхний предел спецификации двигателя. Он зависит от продукта). Без нагрузки для однофазного двигателя, номинальная нагрузка для трехфазного двигателя
・ Состояние нагрузки: без внешнего принудительного охлаждения (отсутствие воздушного потока или охлаждение внешним вентилятором). Только двигатель (без редуктора и радиатора)

120°C (130°C) на вертикальной оси графика соответствует линии класса термостойкости класса E (класс B). Указывает допустимую температуру обмотки двигателя.

• Асинхронный двигатель: «непрерывная мощность» В случае асинхронного двигателя, независимо от времени, он насыщается ниже допустимой температуры обмотки. Даже если он работает непрерывно, нет беспокойства о выгорании. Следовательно, асинхронные двигатели имеют «непрерывный номинал».

• Реверсивный двигатель: «30-минутный номинал» В случае реверсивного двигателя допустимая температура обмотки достигается примерно через 30 минут. Следовательно, реверсивные двигатели рассчитаны на «30 минут». Однако номинальное время является лишь ориентиром. Степень повышения температуры изменяется в зависимости от окружающей среды. Это условие измерения задано при условии, что тепловыделение является максимальным в условиях эксплуатации двигателя. При использовании двигателя судите по температуре поверхности корпуса двигателя.°С или меньше.

Причины перегрева двигателя

Если вас беспокоит повышение температуры двигателя, проверьте окружающую среду. Ниже приведены примеры причин высокой температуры двигателя:
・ Высокая температура окружающей среды
・ Вал двигателя заблокирован
・ Высокое напряжение
・ Большое падение напряжения
・ Емкость конденсатора выше номинальной
・ Часто старт и стоп (включая торможение тормозным пакетом)

Изменение условий, например снижение температуры окружающей среды, может уменьшить рост температуры.

3. Функция защиты двигателя переменного тока от перегорания

Если повышение температуры двигателя переменного тока превышает допустимую температуру обмотки, он может сгореть или сократить срок службы. Поэтому некоторые двигатели переменного тока имеют встроенные устройства защиты от перегрева для защиты от перегорания. Наличие или отсутствие функции можно проверить по таблице технических характеристик двигателя или на заводской табличке.

Термозащита (TP)

Термозащита — это функция, отключающая вход двигателя до достижения им допустимой температуры обмотки. Он определяет температуру обмотки внутри двигателя и размыкает точку контакта линии питания и останавливает двигатель, если он превышает определенную температуру.
Когда температура обмотки внутри двигателя падает ниже определенной температуры, он автоматически восстанавливается и возобновляет работу.

Наши двигатели переменного тока, имеющие маркировку «ТЕРМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА» или «TP» в таблице спецификаций или на заводской табличке, оснащены термозащитой с автоматическим сбросом. Он встроен в некоторые двигатели с размером монтажного уголка от 70 мм до 104 мм.

Изображение работы термозащиты с автоматическим сбросом

Термозащита с автоматическим сбросом автоматически включает/выключает контакт в зависимости от температуры. На рисунке ниже показан пример работы термозащиты.

Открытый: 130 °C ± 5 °C
Закрытый: 82 °C ± 5 °C

Спецификация рабочей температуры отличается в зависимости от установленного продукта. Кроме того, температура обмотки двигателя при срабатывании термозащиты немного выше указанной выше рабочей температуры. Когда термозащита открыта, может показаться, что двигатель остановился, но он может автоматически вернуться и внезапно начать движение. В целях безопасности выключите двигатель, прежде чем прикасаться к устройству персоналом для осмотра.

Защита по полному сопротивлению (ZP)

Защита по полному сопротивлению — это функция, которая увеличивает полное сопротивление (сопротивление) обмотки двигателя и может уменьшить увеличение входного сигнала, даже если двигатель ограничен. Защита двигателя от импеданса разработана таким образом, чтобы повышение температуры не достигало допустимой температуры обмотки.
В наших двигателях переменного тока двигатели с маркировкой «IMPEDANCE PROTECTED» или «ZP» в таблице спецификаций или на паспортной табличке являются двигателями с защитой от полного сопротивления. Это относится к некоторым двигателям с монтажным углом 60 мм или меньше.

4. Рабочий цикл и повышение температуры

Повышение температуры двигателя зависит от условий эксплуатации. Мы объясним повышение температуры и ограничение условий работы при прерывистой работе реверсивного двигателя и прерывистой работе с использованием тормозного пакета.

Прерывистая работа и повышение температуры реверсивного двигателя

Когда реверсивный двигатель используется с перерывами в течение короткого времени, при пуске или реверсе двигателя протекает большой ток, и увеличивается тепловыделение. С другой стороны, когда время остановки двигателя велико, эффект естественного охлаждения велик, поэтому повышение температуры можно подавить.

• Рабочий цикл реверсивного двигателя и повышение температуры

Повышение температуры нашего реверсивного двигателя сравнивается в условиях нескольких ездовых циклов. Измерение предполагает наиболее тяжелые условия в спецификации двигателя. Также к двигателю крепится радиатор. (Размер: 165 х 165 мм, толщина: 5 мм, материал: алюминий).

Как и в условиях A и B, установка времени остановки, равного времени работы, может подавить повышение температуры двигателя. Как и в условиях от С до условий F, чем короче время остановки, тем больше повышение температуры.

• Тип радиатора и повышение температуры

Повышение температуры можно предотвратить, проверив порядок установки двигателя. В частности, размер и материал прикрепляемого радиатора влияет на повышение температуры двигателя, как показано ниже.

Если размер радиатора увеличен, как L · O или N · P, повышение температуры может быть подавлено. Отвод тепла улучшается за счет использования алюминия, который имеет более высокую теплопроводность, чем железо, например, M, N, O и P, и температура двигателя может быть снижена.
Если алюминий окрашен в черный цвет, как в случае P и Q, повышение температуры можно подавить.

Прерывистая работа и повышение температуры тормозного блока

Принцип работы тормозного блока объясняется тем, что при кратковременной остановке тормозного блока протекает большой ток торможения. Если работа/торможение двигателя повторяется в течение короткого промежутка времени, повышение температуры двигателя и тормозного блока будет значительным, а время непрерывного использования будет ограничено. Повторный цикл работы/торможения с тормозным пакетом должен быть следующим.

В зависимости от условий привода повышение температуры двигателя будет значительным. Используйте его так, чтобы температура поверхности корпуса двигателя была 90°C или меньше.

5. Срок службы двигателя переменного тока

Срок службы двигателя переменного тока зависит от срока службы смазки подшипника. Если смазка разлагается из-за нагревания, вал двигателя будет трудно вращаться.
Средний срок службы смазки подшипников двигателя переменного тока
В следующей таблице показан средний срок службы смазки подшипников при использовании двигателя переменного тока в определенных условиях эксплуатации.

Срок службы смазки зависит от повышения температуры из-за температуры окружающей среды и рабочего цикла. При условиях, указанных в приведенной выше таблице, срок службы смазки подшипников сокращается вдвое при повышении температуры подшипников на 15 °C. Напротив, чем ниже температура, тем дольше срок службы.

Срок службы двигателя с электромагнитным тормозом

В случае двигателя с электромагнитным тормозом помимо срока службы смазки подшипника также учитывается срок службы электромагнитного тормоза. Если электромагнитный тормоз поврежден, вы не можете заменить только электромагнитный тормоз. Каждый двигатель нуждается в замене. При повторном торможении с допустимым моментом инерции нагрузки двигателем с электромагнитным тормозом срок службы электромагнитного тормоза составляет 2 миллиона раз. Комбинированное использование тормозного пакета может продлить срок службы электромагнитного тормоза.

6. Срок службы редуктора

Срок службы редуктора зависит от механической долговечности подшипника. Механический срок службы определяется нагрузкой, приложенной к подшипнику, и частотой вращения.

Номинальный срок службы редуктора

Мы определяем номинальный срок службы после определения определенных условий эксплуатации. Следующая таблица является примером.

*Условия эксплуатации одинаковы для всех серий и типов редукторов.

Оценка срока службы головки редуктора

Срок службы при фактическом использовании рассчитывается по следующему уравнению с учетом рабочей скорости, величины нагрузки и типа нагрузки. Чем меньше нагрузка, используемая для допустимого крутящего момента, тем дольше срок службы.

L1 : номинальный срок службы редуктора
K1 : коэффициент скорости вращения. Рассчитывается на основе входной скорости вращения и фактически используемой входной скорости вращения.
K2 : коэффициент нагрузки. Он получается из допустимого крутящего момента каждого редуктора и фактически используемого крутящего момента.