Регулирование скорости асинхронного электродвигателя путем изменения частоты питающей сети

Наиболее экономичным способом регулирования скорости вращения асинхронных электрических машин с короткозамкнутым ротором является изменение частоты питающего напряжения последних. При изменении частоты также будут меняться и параметры асинхронной машины. Для обеспечения необходимых значений пускового и критического моментов, а также коэффициента мощности и коэффициента полезного действия КПД, необходимо с изменением частоты соответствующим образом изменять и напряжение, подводимое к зажимам электродвигателя.

Общие закономерности регулирования скорости асинхронных машин путем изменения частоты питающей сети были исследованы академиком М.П. Костенко еще в 1925 году.

Основное соотношение, связывающее изменение частоты и напряжения, в зависимости от характера статического момента механизма может быть выведено из общих соотношений, представляемых эквивалентной схемой замещения. При постоянной частоте питающей сети критический момент асинхронного электродвигателя будет равен:

Где: m₁ – количество фаз в обмотке статора; r₁ и x₁ – активное и индуктивное сопротивление статорной обмотки; х₂^/ — индуктивное сопротивление роторной обмотки, приведенной к первичной обмотке; f – частота питающей сети.

Если пренебречь активным сопротивлением статорной обмотки, выражение (1) примет вид:

Индуктивные сопротивления x₁  и х₂^/ зависят от частоты питающей сети. Поэтому при переменной частоте предыдущее выражение должно  быть записано как:

Для сохранения неизменной перегрузочной способности машины отношение критических моментов при любых скоростях должно быть равно отношению соответствующих статических моментов:

Где М_с1 и М_с2 – статические моменты, соответствующие скорости электрической машины при частотах f₁ и f₂; U₁ и U₂ – напряжения, подводимые к двигателю при тех же частотах.

Полученная формула (4) показывает, что оптимальный закон изменения напряжения при частотном регулировании определяется характером изменения статического момента в зависимости от частоты. В таблице ниже сопоставлены значения моментов, мощностей и напряжений при различных характерах зависимости статического момента от скорости.

Анализ, проведенный академиком М.П. Костенко на базе упрощенной круговой диаграммы, показал, что при соблюдении  условия (4) будет иметь место постоянство cosφ,  а КПД электрической машины будет функцией частоты и не зависит от нагрузки. Для всех видов зависимости момента от скорости: М_с ≡ 1/f, М_с = const, M_c ≡ f и M_c ≡ f². КПД двигателя при каждой заданной скорости будет примерно одинаков.

Для выявления поведения асинхронного электродвигателя при регулировании частоты питающего напряжения в случаях различной зависимости статического момента от скорости необходимо установить характер изменения пускового и критического моментов.

В основу рассмотрения легла эквивалентная схема асинхронной машины с намагничивающим контуром, вынесенным на зажимы машины. Влияние насыщения не учитывается. За исходные данные принимаем параметры машины при номинальном напряжении и частоте f_ном = 50 Гц. В качестве независимой переменной (определяющего параметра) удобно принять частоту, выраженную в относительных единицах:

Напряжение, приложенное к зажимам электрической машины, будет функцией частоты и одновременно, будет зависеть от характера изменения статического момента, и в общем случае будет иметь вид:

Показатель степени α зависит от желаемого характера М_дв и функции скорости. При построении механической характеристики асинхронной машины при любой f можно использовать общее выражение:

Индуктивное сопротивление обмоток можно выразить при f = 50 Гц, а именно:

Где х_1н и х_2н^/ — индуктивные сопротивления статора и ротора, приведенные к обмотке статора, при f = 50 Гц.

После введения относительных единиц выражение примет вид:

Где φ – частота в относительных единицах; α – коэффициент, определяемый характером зависимости момента от скорости электрической машины.

В (8) при переходе к относительным единицам U² превращается в U²_нφ^2α, однако за счет f, входящей в выражение синхронной скорости  ω₀ = 2πf_нφ, показатель степени у

φ становится 2α — 1.

Величина критического момента станет равна:

В случае пренебрежения активным сопротивлением статорной обмотки:

Выражение  (10) может быть представлено как:

Где М_кн – критический момент электрической машины при номинальном напряжении и f.

Критическое скольжение при переменной частоте:

В ряде случаев удобно воспользоваться выражением механической характеристики, содержащим значение критического момента:

Если пренебречь сопротивлением активным обмотки статора уравнение механической характеристики примет вид:

Подставляя в упрощенное выражение механической характеристики значения М_к и s_к без учета r₁ получим расчетную формулу:

На рисунке ниже приведены механические характеристики асинхронного электродвигателя для трех различных частот в относительных единицах для случая изменения f по закону (U/f) = const или α = 1.

Сравнение характеристик показывает, что критическое скольжение возрастает с понижением частоты. Это связано с изменением соотношения активного и индуктивного сопротивления. При уменьшении f критический момент в двигательном режиме уменьшается. Выражение для пускового момента равно:

Пусковой момент при небольших изменениях частоты несколько увеличивается, а затем, при дальнейшем уменьшении f, достигает максимума, а дальше падает. Понижение М, наблюдаемое при низких f, вызывается относительным увеличением активного сопротивления, а также уменьшением магнитного потока, влияние которого не учитывают приведенные выше формулы. Уменьшение потока обуславливается падением напряжения в обмотке статора и является функцией нагрузки электродвигателя. Уменьшение магнитного потока может быть устранено с помощью увеличения отношения U/f при малых значениях частоты. Увеличение отношения U/f в размере, необходимом для поддержания номинального значения магнитного потока при нагрузке, приведет к тому, что при малых нагрузках машина окажется перевозбужденной и, следовательно, возрастет намагничивающий ток.

Механическая характеристика асинхронного двигателя для случая α = 1/2 , то есть при изменении напряжения по закону  показаны ниже:

Регулирование скорости асинхронных короткозамкнутых машин в настоящее время применяется для самого широкого спектра рабочих механизмов. В высоко оборотистых электроприводах, где скорость вращения вала равна или превышает 3000 об/мин, применение коллекторных электромашин крайне нежелательно. Здесь больше подходит частотно-регулируемый асинхронный электропривод. Часто данный способ регулирования применяется при необходимости одновременного изменения скорости по одному закону нескольких рабочих органов машины, приводимых в движение отдельными электродвигателями. Примерами таких установок могут послужить электроприводы центрифуг вискозной промышленности, применяемые для получения вискозного волокна,  рогулечных прядильных машин текстильной промышленности, роликовых транспортеров прокатных цехов металлургических заводов, служащих для транспортировки как горячего, так и холодного металла в процессе прокатки. Во всех перечисленных случаях каждый отдельный элемент рабочей машины (отдельная центрифуга, рогулька прядильной машины, ролик транспортера и так далее) приводятся в движение отдельным асинхронным двигателем мощностью от нескольких десятков ватт, до киловатт, и целая группа подобных двигателей может питаться от одного преобразователя с регулируемой частотой.

В качестве источника регулируемых асинхронных электродвигателей могут быть использованы следующие типы преобразователей частоты:

1. Синхронный генератор, вращающийся с переменной частотой.
2. Асинхронный преобразователь частоты.
3. Преобразователь типа Леблана.
4. Коллекторные генераторы переменного тока с возбуждением со статора.
5. Полупроводниковые преобразователи частоты.

В таблице ниже представлены сопоставления технических показателей каждого типа перечисленных преобразователей:

Таблица выше показывает, что все системы машинных преобразователей, за исключением преобразователя Леблана, состоят из значительного количества электрических машин и обладают невысоким общим коэффициентом полезного действия и высокой первоначальной стоимостью. Преобразователь частоты Леблана свободен от указанных недостатков, однако, несовершенство коммутации ограничило возможности его широкого использования в недалеком прошлом. Современная электроника вывела на первое место полупроводниковые преобразователи частоты равных которым пока нет, и которые используются практически во всех частотно-регулируемых электроприводах.

Как зависят обороты двигателя от частоты тока. Частота вращения ротора

Из выражения видно, что частоту вращения ротора можно регулировать изменением любой из трех величин, определяющих частоту вращения ротора: изменением частоты тока сети числа пар полюсов, и скольжения .

Регулирование частоты асинхронных двигателей изменением частоты тока сети сложно, так как для этого необходим какой-либо регулируемый преобразователь частоты или генератор. Этот способ не имел широкого использования, но сейчас — достаточно широко.

Изменение числа полюсов машины возможно либо выполнением на статоре нескольких (обычно двух) обмоток с различным числом полюсов, либо выполнением одной обмотки, допускающей переключение на различное число полюсов.

На статоре может быть помещено две обмотки, каждая из которых допускает переключение на различное число полюсов. Фаза обмотки статора состоит из двух последовательно соединенных катушек и . При соединении проводника с проводником , ток при включении обмотки в сеть в какой-либо момент протекает так, как показано на рисунке 33.1, а.

На статоре получается четыре полюса (). При переключении второй катушки (рисунок 33.1,б) изменяется направление тока в этой катушке и

а)

б)

Рисунок 33.1 Схема переключения на различное число полюсов одной фазы обмотки статора

число полюсов окажется равным двум (). При изменении числа полюсов статора меняются частоты вращения поля статора и ротора. Заводы выпускают двух-, трех- и четырехскоростные асинхронные двигатели.

Такой способ регулирования частоты вращения является экономичным, но имеет тот недостаток, что регулирование частоты получается ступенчатым и регулирование частоты изменением числа полюсов возможно только для двигателей с короткозамкнутым ротором.

В двигателях с фазным ротором число полюсов статора всегда должно быть равно числу полюсов ротора, и при изменении числа полюсов на статоре надо было бы в той же мере изменить число полюсов на роторе, что очень сложно в конструктивном отношении. Более сложное выполнение обмотки статора значительно повышает стоимость и габариты многоскоростных двигателей.

Включение в цепь ротора регулировочного реостата и изменение напряжения сети изменяют скольжение и момент, развиваемый двигателем, который пропорционален квадрату напряжения. Изменение вращающего момента вызовет изменение частоты.

Предположим, что при напряжении сети рабочий процесс двигателя соответствовал точке (рисунок 33.2, а), в которой развиваемый двигателем момент равен тормозному моменту на валу.

а)

б)

Рисунок 33.2 – Регулирование частоты вращения измерением скольжения:

а — при изменении напряжения сети;

б – при изменении сопротивления в цепи ротора

Если уменьшить напряжение сети до величины , то кривая момента пройдет ниже, равновесие моментов нарушится и частота уменьшится, то есть новый установившийся режим будет в точке при большем значении скольжения. Этот способ регулирования экономичен но не эффективен, так как дает возможность менять частоту лишь в малых пределах до 10 — 15%. При значительном снижении напряжения врашаюший момент резко уменьшается и двигатель не может устойчиво работать.

Регулировочный реостат включают в цепь обмотки фазного ротора подобно пусковому реостату, но в отличие от пускового его рассчитывают на длительное прохождение тока.

Положим, что без регулировочного реостата двигатель работает при частоте, ссоответствующей точке (рисунок 33.2, б). При включении регулировочного реостата ток в роторе уменьшится и уменьшит вращающий момент двигателя и частоту вращения или увеличит скольжение.

При увеличении скольжения повышаются э.д.с. и ток в роторе. Изменение частоты вращения или скольжения будет происходить до восстановления равновесия моментов, то есть пока ток в роторе не примет своего начального значения. При увеличении активного сопротивления в роторе максимальный момент, не изменяясь по величине, сместится в

область больших скольжений и равновесие моментов, то есть новый установившийся режим работы машины, будет в точке , соответствующей меньшей частоте вращения. Этот способ регулирования частоты вращения может быть использован только в двигателях с фазным ротором и несмотря на то, что он неэкономичен (в регулировочном реостате происходит значительная потеря энергии), имеет широкое применение.

При рассмотрении вопроса о получении переменного тока указывают, что за один оборот ротора индуктированная в проводниках обмотки генератора э. д. с. имела один период. Если ротор генератора делает, например, 5 об/сек, то э. д. с. будет иметь 5 пер/сек или частота тока генератора будет равна 5 гц. Следовательно, число оборотов в секунду ротора генератора численно равно частоте тока.

Частота тока f выражается следующим соотношением:

где n — число оборотов ротора в минуту.

Для получения от генератора стандартной частоты тока — 50 гц ротор должен делать 3000 об/мин, т. е.

Однако наши рассуждения были справедливы только для двухполюсного генератора, т. е. для машины с одной парой полюсов р.

Если машина четырехлолюсная, т. е. число пар полюсов равно двум: р=2 (фиг. 137), то один полный период изменения тока будет иметь место за пол-оборота ротора (1-5 положения проводника на чертеже). За второй полуоборот ротора ток будет иметь еще один период. Следовательно, за один оборот ротора четырехполюсной машины ток в проводнике имеет два периода. В шестиполюсной машине (р = 3) ток в проводнике за один оборот ротора будет иметь три периода.

Таким образом, для машин, имеющих р пар полюсов, частота тока при об/сек будет в р раз больше, чем для двухполюсной машины, т. е.

Отсюда формула для определения скорости вращения ротора будет иметь следующий вид:

Пример 4. Определить скорость вращения ротора двадцатиполюсного генератора (р=10), если частотомер показал частоту тока f=25 гц. Подставляя в формулу для определения числа оборотов ротора п значения р и f, получим:

Пример 5. Ротор генератора, приводимого в движение водяной турбиной, делает 75 об/мин. Определить число полюсов генератора, если частота его тока 50 гц:

Следовательно, генератор имеет 80 полюсов.

Разница между частотой вращения магнитного поля и ротора в асинхронных генераторах определяется коэффициентом s , называемым скольжением, который выражается соотношением:

s = (n — n r)/n .

Здесь:
n — частота вращения магнитного поля.
n r — частота вращения ротора.

Связь между угловой частотой вращения магнитного поля ω и угловой частотой вращения ротора ω r

Формула расчета частоты вращений

При проектировании оборудования необходимо знать число оборотов электродвигателя. Для расчёта частоты вращения есть специальные формулы, различные для двигателей переменного и постоянного напряжения.

Тахометр

Синхронные и асинхронные электромашины

Двигатели переменного напряжения есть трёх типов: синхронные, угловая скорость ротора которых совпадает с угловой частотой магнитного поля статора; асинхронные – в них вращение ротора отстаёт от вращения поля; коллекторные, конструкция и принцип действия которых аналогичны двигателям постоянного напряжения.

Синхронная скорость

Скорость вращения электромашины переменного тока зависит от угловой частоты магнитного поля статора. Эта скорость называется синхронной. В синхронных двигателях вал вращается с той же быстротой, что является преимуществом этих электромашин.

Для этого в роторе машин большой мощности есть обмотка, на которую подаётся постоянное напряжение, создающее магнитное поле. В устройствах малой мощности в ротор вставлены постоянные магниты, или есть явно выраженные полюса.

Скольжение

В асинхронных машинах число оборотов вала меньше синхронной угловой частоты. Эта разница называется скольжение «S». Благодаря скольжению в роторе наводится электрический ток, и вал вращается. Чем больше S, тем выше вращающий момент и меньше скорость. Однако при превышении скольжения выше определённой величины электродвигатель останавливается, начинает перегреваться и может выйти из строя. Частота вращения таких устройств рассчитывается по формуле на рисунке ниже, где:

• n – число оборотов в минуту,
• f – частота сети,
• p – число пар полюсов,
• s – скольжение.

Формула расчёта скорости асинхронного двигателя

Такие устройства есть двух типов:

• С короткозамкнутым ротором. Обмотка в нём отливается из алюминия в процессе изготовления;
• С фазным ротором. Обмотки выполнены из провода и подключаются к дополнительным сопротивлениям.

Регулировка частоты вращения

В процессе работы появляется необходимость регулировки числа оборотов электрических машин. Она осуществляется тремя способами:

• Увеличение добавочного сопротивления в цепи ротора электродвигателей с фазным ротором. При необходимости сильно понизить обороты допускается подключение не трёх, а двух сопротивлений;
• Подключение дополнительных сопротивлений в цепи статора. Применяется для запуска электрических машин большой мощности и для регулировки скорости маленьких электродвигателей. Например, число оборотов настольного вентилятора можно уменьшить, включив последовательно с ним лампу накаливания или конденсатор. Такой же результат даёт уменьшение питающего напряжения;
• Изменение частоты сети. Подходит для синхронных и асинхронных двигателей.

Внимание! Скорость вращения коллекторных электродвигателей, работающих от сети переменного тока, не зависит от частоты сети.

Двигатели постоянного тока

Кроме машин переменного напряжения есть электродвигатели, подключающиеся к сети постоянного тока. Число оборотов таких устройств рассчитывается по совершенно другим формулам.

Номинальная скорость вращения

Число оборотов аппарата постоянного тока рассчитывается по формуле на рисунке ниже, где:

• n – число оборотов в минуту,
• U – напряжение сети,
• Rя и Iя – сопротивление и ток якоря,
• Ce – константа двигателя (зависит от типа электромашины),
• Ф – магнитное поле статора.

Эти данные соответствуют номинальным значениям параметров электромашины, напряжению на обмотке возбуждения и якоре или вращательному моменту на валу двигателя. Их изменение позволяет регулировать частоту вращения. Определить магнитный поток в реальном двигателе очень сложно, поэтому для расчетов пользуются силой тока, протекающего через обмотку возбуждения или напряжения на якоре.

Формула расчёта числа оборотов двигателя постоянного тока

Число оборотов коллекторных электродвигателей переменного тока можно найти по той же формуле.

Регулировка скорости

Регулировка скорости электродвигателя, работающего от сети постоянного тока, возможна в широких пределах. Она возможна в двух диапазонах:

1. Вверх от номинальной. Для этого уменьшается магнитный поток при помощи добавочных сопротивлений или регулятора напряжения;
2. Вниз от номинальной. Для этого необходимо уменьшить напряжение на якоре электромотора или включить последовательно с ним сопротивление. Кроме снижения числа оборотов это делается при запуске электродвигателя.

Знание того, по каким формулам вычисляется скорость вращения электродвигателя, необходимо при проектировании и наладке оборудования.

Видео

Оцените статью:

От чего зависит частота вращения электродвигателя. Регулирование скорости вращения асинхронных электродвигателей

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

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

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

Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

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

Проблема эффективности двигателя

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными. Оптимизация эффективности электродвигателя насоса может обеспечить реальную экономию стоимости рабочего цикла на протяжении всего срока службы насоса/электродвигателя. Ключевыми факторами, которые влияют на эффективность асинхронного двигателя являются:

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

Эффективность электродвигателя при частичной загрузке

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

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

Скорость вращения

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

Скорость вращения асинхронного электродвигател я

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

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

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

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

Электродвигатели с высоким КПД

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

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

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

Коэффициент мощности электродвигателя

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

Определение коэффициента мощности:
Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды на

Расчеты преобразователя частоты для асинхронных двигателей

Зачастую приходится понижать скорость вращения двигателя, выполняющего определенные задачи в механизме. Уменьшение числа оборотов элеткродвигателя можно добиться с помощью самодельных приборов, управляющих схем стандартного изготовления.

Электродвигатели переменного тока часто используются в деятельности человека, на металлообрабатывающих станках, транспорта, крановых механизмов и другого оборудования. Двигатели превращают энергию переменного тока питания во вращение вала и агрегатов. Используются в основном асинхронные двигатели переменного тока.

Ротор, а также и статор двигателя состоят из катушек провода, уложенного в сердечник, изготовленный из специальной стали. Классификация электродвигателей следует от способа закладки обмотки.

Обмотка из латунных и медных стержней вставляется в сердечник, по краям устанавливаются кольца. Такая катушка провода называется короткозамкнутым (КР) ротором. Электродвигатели небольшой мощности имеют стержни, а также диски, которые были отлиты вместе. Для электродвигателей с мощным моментом детали отливаются отдельно, затем свариваются. Обмотка статора может быть подключена двумя методами: треугольником, звездой.

Фазный ротор состоит из 3-фазной роторной обмотки, подключенной контактными кольцами и щетками к питанию. Обмотка соединена «звездой».

Расчет количества оборотов асинхронного двигателя

Распространенным двигателем на станках и подъемных устройствах является двигатель с короткозамкнутым ротором, поэтому пример для расчета следует брать для него. Сетевое напряжение поступает на статорную обмотку. Обмотки смещены друг от друга на 120 градусов. Возникшее поле электромагнитной индукции возбуждает электрический ток в обмотке. Ротор начинает работать под действием ЭМС.

Основной характеристикой работы двигателя является число оборотов в минуту. Рассчитываем это значение:

n = 60 f / p, обор / мин;

где f – частота сети, герц, р – количество полюсов статора (в парах).

На корпусе электродвигателя имеется табличка с техническими данными. Если ее нет, то можно самому рассчитать число оборотов вала оборудования по другим имеющимся данным. Расчет производится тремя способами.

1. Расчет числа катушек, которое сравнивается с нормами для разного напряжения, следует по таблице:

2. Расчет скорости работы по шагу диаметра обмотки по формуле:

2 p = Z₁ / y, где 2р – количество полюсов, Z₁ – число пазов в статоре, у – шаг обмотки.

Выбираем из таблицы подходящие обороты двигателя:

3. Высчитываем количество полюсов по параметрам сердечника по формуле:

2p = 0,35 Z₁ b / h или 2 p = 0,5 D_i / h,

где 2р – количество полюсов, Z₁ – число пазов, b – размер зуба, см, h – высота спинки, см, D_i – диаметр по зубцам, см.

По результатам расчета и индукции следует число витков обмотки, сравнивается со значениями мотора по паспорту.

Как изменить скорость работы двигателя?

Изменять скорость вращающего момента механизма оборудования можно различными способами, например, механическими редукторами с переключением передач, муфтами и другими устройствами. Но это не всегда возможно. Практически используется 7 способов коррекции частоты вращения регулируемых приводов. Все способы разделены на два основных направления.

1. Коррекция магнитного поля путем воздействия на частоту тока, уменьшение или увеличение числа пар полюсов, коррекция напряжения. Направление характерно моторам с короткозамкнутым (КР) ротором.
2. Скольжение корректируется напряжением питания, добавлением еще одного резистора в цепь схемы ротора, установкой двойного питания, использованием каскада вентилей. Такое направление используется для роторов с фазами.

Регулировка частоты и напряжения с помощью частотного преобразователя, путем создания дополнительной катушки с переключением полюсов пар, являются самыми востребованными способами.

Распространенные схемы регуляторов

Существует множество частотных преобразователей для асинхронных двигателей, а также различных регуляторов для них. Самостоятельно возможно изготовить прибор для регулировки частоты, применяя транзисторы или тиристоры. Прибор работает как в быту, так и для станочного оборудования, крановых механизмов, различных регулируемых приводов агрегатов.

Мощный регулятор частоты и напряжения показан на схеме. Прибор плавно изменяет параметры привода, экономит энергию, снижает расходы на обслуживание.

Для применения этой схемы в быту, она сложная. Если использовать симистор рабочим элементом, то схема упрощается, и выглядит иначе.

Регулировка будет происходить работой потенциометра, определяюцим фазу импульса входа, и открывающего симистор.

Эффект эксплуатации станков, обрабатывающих металл, подъемных устройств также следует из вращения двигателя, как и сами его эксплуатационные параметры. В продаже имеется множество приборов для регулировки частоты, однако можно вполне собрать такой прибор собственными силами.

Как выбрать частотный преобразователь?

Если проанализировать цены и функции преобразователей частоты, то можно понять, что по цене определяется количество встроенных функции частотного преобразователя. Дорогие модели обладают большой функциональностью. Но для выбора прибора лучше руководствоваться требуемыми условиями применения.

• Частотники бывают с двумя видами управления: скалярное, векторное. При скалярном управлении прибор действует при определенных значениях выходной разности потенциалов и частотой, работают в примитивных домашних приборах, например, вентиляторах. При векторном управлении сила тока устанавливается достаточно точно.
• При выборе прибора параметры мощности играют определяющую роль. Величина мощности расширяет сферу использования, упрощает обслуживание.
• При выборе устройства учитывается интервал рабочего напряжения сети, что снижает опасность выхода его из строя из-за резких перепадов разности потенциалов. При чрезмерном повышении напряжения конденсаторы сети могут взорваться.
• Частота – немаловажный фактор. Его величина определяется требованиями производства. Наименьшее значение говорит о возможности использования скорости в оптимальном режиме работы. Для получения большего интервала частоты применяют частотники с векторным управлением. В реальности часто используются инверторы с интервалом частот от 10 до 10 Гц.
• Частотный преобразователь, имеющий много разных выходов и входов удобен в пользовании, но стоимость его выше, настройка сложнее. Разъемы частотников бывают трех типов: аналоговые, дискретные, цифровые. Связь обратного вида вводных команд производится через аналоговые разъемы. Цифровые клеммы производят ввод сигналов от датчиков цифрового типа.
• Выбирая модель частотного преобразователя, нужно дать оценку управляющей шине. Ее характеристика подбирается под схему инвертора, что обуславливает число колодок. Наилучшим выбором работает частотник с запасом количества разъемов для дальнейшей модернизации прибора.
• Частотники, выдерживающие большие перегрузки (на 15% выше мощности мотора), при выборе имеют предпочтения. Чтобы не ошибиться при покупке преобразователя частоты, ознакомьтесь с инструкцией. В ней имеются главные параметры эксплуатации оборудования. Если нужен прибор для максимальных нагрузок, то необходимо выбирать частотник, сохраняющий ток на пике работы выше, чем на 10% от номинала.

Как подключить частотный преобразователь

Если кабель для подключения на 220 В с 1-й фазой, применяется схема «треугольника». Нельзя подключать частотник, если выходной ток выше 50% от номинального значения.

Если кабель питания на три фазы 380 В, то делается схема «звезды». Чтобы проще было подключать питание, предусмотрены контакты и клеммы с буквенными обозначениями.

• Контакты R, S, T предназначены для подключения сети питания по фазам.
• Клеммы U , V , W служат соединением электродвигателя. Для реверса достаточно изменить подключение двух проводов между собой.

В приборе должна быть колодка с клеммой подключения к земле. Подробней, как подключить, здесь.

Как обслуживать частотные преобразователи?

Для долгосрочной эксплуатации инвертора требуется контроль за его состоянием и выполнение предписаний по обслуживанию:

1. Очищать от пыли внутренние элементы. Можно использовать компрессор для удаления пыли сжатым воздухом. Пылесос для этих целей не подходит.
2. Периодически контролировать состояние узлов, производить замену. Срок службы электролитических конденсаторов составляет пять лет, предохранительных вставок – десять лет. Охлаждающие вентиляторы работают до замены 3 года. Шлейфы проводов используются шесть лет.
3. Контроль напряжения шины постоянного тока и температура механизмов является необходимым мероприятием. При повышенной температуре термопроводящая паста засыхает и выводит из строя конденсаторы. Каждые 3 года на силовые клеммы наносят слой токопроводящей пасты.
4. Условия и режим работы необходимо соблюдать в строгом соответствии. Температура окружающей среды не должна превышать 40 градусов. Пыль и влажность отрицательно влияют на состояние рабочих элементов прибора.

Окупаемость преобразователя частоты

Электроэнергия постоянно дорожает, руководители организаций вынуждены экономить разными путями. В условиях промышленного производства большая часть энергии расходуется механизмами, имеющими электродвигатели.

Изготовители устройств для электротехнических машин и агрегатов предлагают специальные устройства и приборы для управления электромоторами. Такие устройства экономят энергию электрического тока. Они называются инверторами или частотными преобразователями.

Финансовые затраты на покупку частотника не всегда оправдывают экономию средств, так как стоимость их сопоставима со стоимостью сэкономленной энергии. Не всегда привод механизма можно быстро оснастить инвертором. Какие сложности при этом возникают? Разберем способы запуска асинхронных двигателей для пониманию достоинств инверторов.

Методы запуска двигателей

Можно определить 4 метода пуска двигателей.

1. Прямое включение, для моторов до 10 кВт. Способ неэффективен для ускорения, увеличения момента, перегрузок. Токи выше номинала в 7 раз.
2. Включение с возможностью выбора схем «треугольника» и «звезды».
3. Интегрирование устройства плавного пуска.
4. Применение инвертора. Способ особенно эффективен для защиты мотора, ускорения, момента, экономии энергии.

Экономическое обоснование эффекта от инвертора

Время окупаемости инвертора рассчитывается отношением затрат на покупку к экономии энергии. Экономия обычно равна от 20 до 40% от номинальной мощности мотора.

Затраты снижают факторы, повышающие производительность частотных преобразователей:

1. Уменьшение затрат на обслуживание.
2. Повышение ресурса двигателя.

Экономия рассчитывается:

где Э – экономия денег в рублях;

Р_пч – мощность инвертора;

Ч – часов эксплуатации в день;

Д – число дней;

К – коэффициент ожидаемого процента экономии;

Т – тариф энергии в рублях.

Время окупаемости равно отношению затрат на покупку инвертора к экономии денег. Расчеты показывают, что период окупаемости получается от 3 месяцев до 3 лет. Это зависит от мощности мотора.

Модуль №4. Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя

Watch this video on YouTube

электродвигатель + преобразователь частоты? — Электропривод

dima155, При уменьшении частоты ток ХХ меняется незначительно а напруга пропорционально частоте. Мущность равна грубо ток умножить на напряжение. Соответственно она падает. А вот момент на валу остаётся постоянным до определённого предела. Который зависит от марки ПЧ. От 1до 10 герц примерно. При повышении частоты выше 50 гц. Мощность остаётся постоянной Т.К. напруга не растёт. А вот момент падает.

Мощность равна грубо ток умножить на действующее! :hi: напряжение.

 

А если дам 100 герц?

Строю стенд для испытания насосов, а они разные по оборотам и потребляемой мощности.

Все будет зависеть от конкретной связки двигатель-ПЧ+ ваши настройки в ПЧ.

Почитайте лучше здесь http://www.privod-sta.ru/?doc=st4 (это понятно про вольт-частотное регулирование) и здесь http://www.driveka.r…ail.php?ID=1161

Векторные ПЧ как правило допускают бОльшую кратность регулирования без потери момента на валу.

И еще, не обязательно настраивать ПЧ на базовую частоту 50 Гц, если это у него на борту написано.

И самое главное поменьше слушайте манагеров.

 

Есть в продаже эл\двигатели специально под управление от ПЧ, с расширенным диапазоном частоты -но цена у них негуманная.

 

А почему вы на стенде не хотите поставить 2-3 ступенчатую редукцию ремнем? Все равно насосы надо ч\з какой-то промежуточный узел подстыковывать.

Изменено 20.11.2014 18:21 пользователем Solar_05

14.8. Двигатели постоянного тока. Основные уравнения

Лекция 25

Ранее было установлено, что при работе машины в генераторном режиме э. д. с. Е якоря будет больше, чем напряжение на его зажи­мах, на значение падения напряжения в цепи якоря (14.7). В этом случае ток течет от положительного зажима генератора во внешнюю сеть и электромагнитный момент машины М является тормозным (рис. 14.19, а).

Машина постоянного тока, подключенная к сети постоянного тока, может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме. Если у генератора с параллельным или независимым возбуждением, подклю­ченного к этой сети, уменьшить ток возбуждения с таким расчетом, чтобы э. д. с. якоря E стала меньше напряжения сети, то ток в цепи якоря из-за преобладания напряжения сети над э. д. с. изменит направление, т. е. пойдет от сети к машине. При этом электромагнитный момент также изменит направление и будет направлен в сторону вращения машины, т. е. станет вращающим (рис. 14.19, б).

Таким образом, машина постоянного тока может быть переведена из генераторного режима в двигательный, при котором якорь машины начинает потреблять из сети ток, создаваемый разностью напряжения сети и э. д. с. якоря:

В двигательном режиме инду­цируемая в обмотке якоря э. д. с. направлена против протекающего по ней тока, поэтому ее принято называть противо-э. д. с. Значение противо-э. д. с., так же как и для генератора, определяется согласно (14.3). Напряжение, приложенное к зажимам якоря двигателя согласно (14.10), должно уравновешивать противо-э. д. с. и компенсировать падение напряжения на внутреннем сопротивлении цепи якоря:

(14.11)

Умножив левую и правую части уравнения (14.11) на ток I_a, получим уравнение баланса мощностей цепи якоря двигателя:

(14.12)

где UI_a — мощность, потребляемая якорем двигателя из сети; I_a²r_a — мощность потерь в обмотке якоря; ЕI_а — электромагнитная мощность, преобразуемая в механическую мощность вращения вала двигателя.

Вращающий момент двигателя определяется по формуле (14.5), как и для генератора. Момент в двигательном режиме имеет противо­положное направление по сравнению с генераторным режимом.

Путем подстановки в выражение (14.3) значения Е из равенства (14.11) можно получить формулу для определения частоты вращения двигателя:

(14.13)

Регулирование частоты вращения. Полученное выражение (14.13) по­казывает, что частоту вращения двигателя постоянного тока можно регулировать: изменением магнитного потока Ф, изменяя соответ­ственно ток возбуждения; изменением питающего напряжения U; включением добавочного сопротивления в цепь обмотки якоря.

Изменение направления вращения. Если требуется изменить направ­ление вращения двигателя, то для этого необходимо изменить направ­ление электромагнитного момента М, действующего на якорь. Согласно (14.5), это можно осуществить изменением направления тока в обмотке якоря I_а или путем изменения направления магнитного потока Ф (тока возбуждения). На практике это производят путем переключения проводов, подводящих ток к обмотке якоря или к обмотке возбуждения. Свойство саморегулирования. Для того чтобы двигатель вращался с постоянной частотой n, развиваемый им вращающий момент М должен быть равным создаваемому нагрузкой тормозному моменту M_т:

(14.14)

Если равенство (14.14) нарушается, то частота вращения двигателя увеличивается или уменьшается до тех пор, пока снова вращающий момент двигателя не будет уравновешен тормозным моментом. Таким образом, двигатели постоянного тока обладают свойством саморегу­лирования — способностью при изменении нагрузки автоматически устанавливать новое значение частоты вращения, при которой двигатель работает устойчиво. Роль регулятора играет противо-э. д. с., наводимая в обмотке якоря.

Рассмотрим сущность процесса саморегулирования. Допустим, что тормозной момент, создаваемый нагрузкой, уменьшился и стал меньше вращающего момента двигателя, вследствие чего частота вра­щения и последнего начала возрастать. С увеличением n, согласно (14.11), возрастает противо-э. д. с. Е и, согласно (14.10) и (14.5), уменьшаются ток якоря I_а и вращающий момент двигателя М. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вращающий момент двигателя не станет равным тормозному. Тогда рост частоты вращения прекратится. Аналогично протекает процесс при увеличении тормозного момента, когда вращающий момент двигателя становится меньше тормозного. В этом случае частота вращения двигателя начинает падать, вследствие чего уменьшится противо-э. д. с. и возрастают ток якоря и вращающий момент. Этот процесс, так же как при уменьшении нагрузки, прекратится, когда M = M_т и n = const.

В установившемся режиме, когда M = M_т, потребляемый якорем двигателя ток определяется моментом на валу I_а = М_т/(С_МФ). Из этого выражения следует, что при Ф = const ток, потребляемый двигателем, всегда пропорционален моменту на валу.

Пуск двигателей. В момент включения двигателя в сеть его частота вращения n равна нулю, противо-э. д. с. также равна нулю, а пусковой токI_п = U/r_a ограничивается только сопротивлением обмотки якоря, которое у двигателей средней и большой мощностей составляет десятые — сотые доли Ом. Поэтому при прямом пуске путем непо­средственного включения двигателя в сеть пусковой ток был бы недо­пустимо большим—в 10—20 раз больше номинального. Это может вызвать поломку вала, а также сильное искрение под щетками. Поэтому при пуске двигателей постоянного тока в цепь якоря часто включают добавочный пусковой реостат с таким сопротивлением r_п, чтобы пусковой ток не превышал допустимого значения. Прямой пуск применяют в основном для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, а иногда мощностью в несколько киловатт. В машинах большой и средней мощностей допустимый пусковой ток а в машинах малой мощности

По мере увеличения частоты вращения двигателя в обмотке якоря возрастает противо-э. д. с., ток уменьшается, вследствие чего сопротив­ление пускового реостата необходимо постепенно уменьшать. При достижении двигателем номинальной частоты вращения пусковой реостат полностью выводится. Чем короче период пуска, тем меньше потери энергии в цепи якоря.

Следует иметь в виду, что чрезмерное уменьшение пускового тока может привести к тому, что двигатель вообще не сможет стронуться с места, так как пусковой момент не сможет преодолеть момента сопротивления на валу двигателя. Для обеспечения большого пускового момента при ограниченном пусковом токе необходимо создать возможно больший магнитный поток, что достигается за счет увеличения тока возбуждения с помощью специального реостата, включаемого в цепь возбуждения двигателя.

Ограничение пускового тока при реостатном пуске обычно сопро­вождается значительными потерями энергии в пусковом реостате. Для исключения этого пуск двигателя можно осуществить при пониженном напряжении, подводимом к его обмотке якоря от источника с регу­лируемым напряжением. В процессе пуска в этом случае напряжение, подводимое к якорю двигателя, плавно повышают.

Классификация двигателей. Двигатели постоянного тока отличаются друг от друга способом питания обмотки возбуждения. Двигатели постоянного тока, как и генераторы, могут иметь независимое, парал­лельное, последовательное и смешанное возбуждение.

Двигатели с независимым возбуждением применяют тогда, когда напряжение на зажимах якоря изменяется в процессе работы или когда напряжение якоря отличается по значению от напряжения возбуждения.

Двигатели последовательного возбуждения получили широкое приме­нение, так как обладают рядом ценных свойств. Двигатели со смешанным возбуждением по своим свойствам являются промежуточными между двигателями последовательного и параллельного возбуждения.

Двигатели с параллельным возбуждением, получившие наибольшее распространение, — это, по существу, те же двигатели с независимым возбуждением, но только питание обмотки возбуждения у них произ-­ водится от того же источника энергии, что и питание якоря. На рис. 14.20 приведена схема двигателя с параллельным возбуждением. В нем обмотка возбуждения подключена непосредственно к сети параллельно с обмот-­ кой якоря. В цепь якоря включен пусковой реостат r_п, а в цепь обмотки воз­буждения — регулировочный реостат r_рв. Так как обмотка возбуждения питается независимо от обмотки якоря непосредственно от сети, то ток возбуждения двигателя параллельного возбуждения не зависит от тока якоря.

Если сопротивление регулировочного реостата не меняется, то ток возбуждения при напряжении сети U = const остается постоянным. Поэтому магнитный поток двигателя при изменении нагрузки также практически не меняется (немного уменьшаясь при увеличении нагрузки за счет усиления реакции якоря). Ток I, потребляемый двигателем из сети,

(14.15)

Обмотка возбуждения состоит из большого числа витков отно­сительно тонкого провода и обладает значительным сопротивлением r_в, поэтому ток возбуждения I_в мал по сравнению с током якоря, состав­ляя от него не более 3—4%.

Ток возбуждения

(14.16)

Характерным свойством двигателей параллельного возбуждения является то, что при напряжении сети U = const и сопротивлении цепи возбуждения ток возбужденияI_в = const и не зависит от тока нагрузки I.

Для оценки свойств электрических дви­гателей широко используют различные ха­рактеристики. Наиболее распространенным режимом работы двигателей параллельного возбуждения является режим при U = const и I_в = const. В этом случае свойства двигателя достаточно полно описываются тремя характеристиками: моментной, ско­ростной и механической. Согласно (14.15), моментная характеристика М = f(I_а) будет линейной (рис. 14.21, а), так как магнитный поток двигателя параллельного возбуждения остается постоянным при изменении тока якоря и, следовательно, момент двигателя прямо пропорционален току якоря. Действительно, при Ф = const момент

Скоростной характеристикой двигателя постоянного тока называют зависимость частоты его вращения от тока якоря n = f(I_a), а механи­ческой — зависимость частоты вращения двигателя от момента n = f(М) при U = const и I_в = const. Согласно (14.13), скоростная характеристика для двигателей параллельного возбуждения будет линейной (рис. 14.21, а). Следовательно, линейной будет также механическая характеристика двигателя (рис. 14.21, б). Подставляя значение тока якоря I_а из (14.5) в (14.13), получим уравнение механической характеристики:

(14.17)

Когда в цепи якоря отсутствует добавочный реостат (r_рег = 0), механическая характеристика называется естественной. Механическая характеристика двигателя, у которого в цепь якоря введен регулиро­вочный реостат с сопротивлением r_рег, называется искусственной (рис. 14.21, б). Естественная характеристика обычно линейна и имеет слегка падающий характер. Как механическую, так и скоростную харак­теристики у двигателей параллельного возбуждения можно считать жест­кими, так как при изменении нагрузки от холостого хода до номиналь­ной частоты вращения уменьшаются на 3 — 7%. Способность этих двигателей сохранять частоту вращения почти неизменной при изменении нагрузки широко используется на практике.

С другой стороны, частоту вращения двигателей параллельного возбуждения можно изменять в широких пределах с помощью регулиро­вочного реостата с сопротивлением r_рв, позволяющего изменять ток возбуждения двигателя I_в и его магнитный поток Ф и, как следует из (14.13), частоту вращения n.

Следует особо отметить, что при холостом ходе и небольшой нагрузке для двигателя параллельного возбуждения большую опас­ность представляет значительное уменьшение тока возбуждения и тем более обрыв цепи возбуждения, когда I_в = 0 (Ф = 0). В этом случае частота вращения может возрасти до опасных пределов — двигатель «идет в разнос». Кроме того, при этом ток якоря сильно возрастает, вследствие чего усиливается искрение под щетками.

Для оценки эксплуатационных свойств двигателей широко исполь­зуют рабочие характеристики, представляющие зависимость потребляемой мощности Р₁, тока якоря I_а, частоты вращения n, момента М, к. п. д. η от мощности на валу Р₂ при U = const и I_в = const (рис. 14.22). Из рисунка видно, что с увеличением нагрузки частота вращения двигателя несколько уменьшается и характеристика n = f(Р₂) линейна, а также то, что момент якоря растет практически прямо пропорционально нагрузке, т. е. характеристика М = f(P₂) тоже линейна.

Характеристики имеют вид, характерный для любых электрических машин.

Двигатель с последовательным возбуждением. На рис. 14.23 при­ведена схема двигателя последовательного возбуждения. Обмотка воз­буждения, обмотка якоря и пусковой реостат r_п в этом двигателе соеди­няются последовательно, поэтому ток якоря является одновременно и током возбуждения. В связи с этим обмотку возбуждения двигателя выпол­няют с малым числом витков из провода большего сечения, чем в двигателе параллельного возбуждения. При холостом ходе и малых нагрузках, когда потребляемый двигателем ток небольшой, м. д. с. обмотки и магнитный поток Ф двигателя также невелики. Так как частота вращения двигателя обратно пропорциональна значению магнитного потока, то при холостом ходе и малых нагрузках она в несколько раз превышает номинальную, представляя опасность для целостности двигателя. Поэтому эти двигатели нельзя запускать вхолостую или при небольшой нагрузке (менее 20 — 25 % от номинальной), т. е. нельзя применять для привода механизмы, работающие вхолостую или при небольшой нагрузке. Исключение составляют двигатели малой мощности (десятки ватт), которые могут быть использованы для привода механизмов, у которых возможен холостой ход. Так как частота вращения двигателя

(14.18)

то ее можно регулировать как посредством изменения Ф, так и путем изменения U. В первом случае для регулирования изменяют магнит­ный поток путем шунтирования обмотки возбуждения регулировочным реостатом. При этом часть тока ответвляется через реостат, включенный параллельно обмотке возбуждения. Это позволяет изменять (уменьшать) ток в обмотке возбуждения и устанавливать требуемую частоту вращения двигателя.

Частоту вращения за счет изменения напряжения на зажимах якоря регулируют, включая последовательно с якорем реостат, на котором падает часть напряжения сети, вследствие чего частота вращения двигателя уменьшается. Этот способ регулирования неэкономичен из-за больших потерь энергии в реостате.

Характерной особенностью двигателей последовательного возбуж­дения является резкое уменьшение частоты вращения при увеличении нагрузки. При ненасыщенной магнитной системе машины, когда I_а < (0,8-0,9) I_н, скоростная характеристика двигателя n = f(I_a) имеет вид гиперболы (рис. 14.24). При больших нагрузках (I_а > I_н), когда наблю­дается насыщение магнитной системы машины (Ф = const), скоростная характеристика становится линейной.

Моментная характеристика двигателя М = f(I_a) при ненасыщенной магнитной системе машины имеет вид параболы (рис. 14.24), так как Ф = С_фI_а и электромагнитный момент

(14.19)

где k — постоянная. Таким образом, при ненасыщенной магнитной системе машины электромагнитный момент изменяется пропорцио­нально квадрату тока якоря.

В то же время значительное увеличение нагрузки на валу двигателя сопровождается сравнительно небольшим ростом тока якоря. Это свойство двигателя последовательного возбуждения особенно ценно тогда, когда требуется большой вращающий момент, значительно превышающий номинальный, например при пуске в ход двигателя в трамваях, электровозах и т. д.

Механические характеристики n = f(М) двигателя являются мягкими и имеют гиперболический вид (рис. 14.25). Подставляя значение тока из (14.19) в (14.18), получим выражение, определяющее механическую характеристику двигателя при I_а < (0,8 — 0,9)I_н:

(14.20)

При насыщении магнитной системы двигателя (I_а > I_н) зависимость n = f(М) становится линейной. Изменяя сопротивление реостата r_п, включенного последовательно с якорем, кроме естественной характе­ристики 1 можно получить семейство реостатных характеристик 2 и 3.

На рис. 14.26 приведены рабочие характеристики двигателя последо­вательного возбуждения. Характеристики M = f(P₂) и n = f(P₂) нелиней­ны, а характеристики имеют вид, аналогичный подобным зависимостям для двигателя параллельного возбуждения. На рис. 14.26 начальные участки рабочих характеристик, изображенные штриховыми линиями, соответствуют работе двигателя при малой нагрузке, когда частота вращения становится недопустимо большой.

Двигатель со смешанным возбуждением. На рис. 14.27 приведена схема двигателя смешанного (компаундного) возбуждения, у которого имеется две обмотки возбуждения: сериесная и шунтовая. В двигателе магнитный поток Ф создается совместным действием токов возбуждения шунтовой I_вш и сериесной I_вс обмоток. Обмотки возбуждения можно включать таким образом, что они будут создавать магнитные потоки одного (согласное включение) или противоположного (встречное вклю­чение) направлений.

При встречном включении с небольшой м. д. с. последовательной обмотки можно получить двигатель с жесткой механической характе­ристикой, однако встречное включение обмоток возбуждения применяют очень редко, так как в этом случае ухудшаются пусковые свойства двигателя. В этом двигателе характер изменения частоты вращения и вращающего момента зависит от соотношения м. д. с. последовательной и параллельной обмоток возбуждения. Подбирая соответствующим образом соотношение между м. д. с. обмоток, можно получить необходи­мое изменение частоты вращения при нагрузке, «приблизив» двигатель по свойствам к двигателям последовательного или параллельного возбуждения. Следовательно, рабочие характеристики двигателя сме­шанного возбуждения являются промежуточными между характеристи­ками двигателей параллельного и последовательного возбуждения.

Эти двигатели при работе вхолостую не «идут в разнос», так как всегда имеется постоянный магнитный поток, создаваемый парал­лельной обмоткой возбуждения. Кроме того, из-за наличия после­довательной обмотки возбуждения в них при возрастании нагрузки увеличивается магнитный поток. Двигатели обладают большей пере­грузочной способностью по сравнению с двигателями параллельного возбуждения.

5 причин тикающего шума двигателя в вашем автомобиле (при разгоне или холостом ходу)

Последнее обновление 30 апреля 2020 г.

Двигатель автомобиля обязательно издает шум. В конце концов, внутри двигателя так много движущихся компонентов и деталей, как он работает. Большинство этих шумов не очень громкие, и в них не о чем беспокоиться. Но бывают случаи, когда шум двигателя звучит немного необычно или странно.

Ищете хорошее онлайн-руководство по ремонту? Щелкните здесь, чтобы увидеть 5 лучших вариантов.

Хорошим примером этого является тикающий шум, исходящий от двигателя. Тикающий звук может быть вызван множеством причин, например низким уровнем масла или незакрепленными деталями.

Вы можете услышать тиканье, щелчок или постукивание во время холостого хода, ускорения или даже после замены масла. Чтобы понять, в чем заключается настоящая проблема, вы должны понимать признаки, на которые следует обратить внимание.

Общие причины тикающего шума двигателя

Ниже приведены 5 основных причин, по которым ваш двигатель издает тикающий звук:

# 1 — Плохие поршневые компоненты

Когда в двигателе тикает шум, и это касается конкретный компонент, то обычно виноват возвратно-поступательный компонент, а не вращающийся компонент.Некоторые примеры компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, включают толкатели, поршни и клапаны.

Если какой-либо из этих компонентов по какой-либо причине износится, повредится или выйдет из строя, вы начнете слышать тикающие звуки. Если вы не замените эти компоненты своевременно, тикающие звуки могут перерасти в нытье или лязг.

# 2 — Низкое количество моторного масла

Когда у вас низкий уровень масла в двигателе, это приведет к тому, что компоненты клапанного механизма будут издавать тикающие звуки, потому что компоненты недостаточно смазаны.Причина низкого уровня моторного масла может быть связана с какой-либо утечкой.

Возможно, у вас повреждены или изношены прокладки или уплотнения. В любом случае, вы узнаете, мало ли у вас моторного масла, потому что ваш двигатель начнет перегреваться. Ему нужно масло, чтобы остыть.

Таким образом, если вы слышите тикающие звуки в дополнение к любому из этих других симптомов, это, вероятно, связано с низким уровнем масла в вашем автомобиле.

# 3 — Стук штанги

Если подшипник, прикрепленный к штоку, вышел из строя, шток будет стучать и вызывать тикающий звук.Это происходит, если у вас изношен подшипник, потому что он заставляет шток двигаться.

В двигателе не будет никаких изменений температуры, но частота вращения двигателя изменится. Единственное реальное решение проблемы детонации штока — это полная перестройка двигателя, что, очевидно, будет дорогостоящим. Но рано или поздно это придется сделать.

# 4 — Горючие форсунки

Это будет наилучший сценарий для тикающего двигателя.Некоторые модели автомобилей с системой впрыска топлива будут издавать тикающие звуки, когда топливные форсунки начинают работать.

Это в основном клапаны форсунок, которые быстро открываются и закрываются, чтобы позволить нужному количеству топлива попасть в камеру внутреннего сгорания. Этот звук не вызывает беспокойства и является частью нормальной работы вашего автомобиля.

# 5 — Клапаны не отрегулированы

Не отрегулированный клапанный механизм издает тикающие звуки.Это часто является причиной этих звуков, поэтому сначала вы можете проверить это.

Когда ваш двигатель несколько раз вращается, клапаны открываются и закрываются. Есть нечто, называемое коромыслом, которое отвечает за открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал имеет толкатель, который управляет коромыслом, и он должен находиться на точном расстоянии от клапана.

Это особенно верно, потому что клапаны перемещаются очень быстро и на короткое расстояние. Если настройки не совсем правильные, компоненты будут двигаться и вызывать тикающие звуки.

.Преобразование частоты генератора

: использованная мощность генератора 60 Гц и 50 Гц

Скорость и частота генератора пропорциональны

Выходная частота генератора — один из важных параметров, определяющих мощность генератора. Электрическая мощность генератора должна поддерживаться на фиксированной частоте, 50 Гц или 60 Гц, чтобы соответствовать выходной мощности стандартной электрической сети или номинальной частоте ваших приборов.

Обычно частота составляет 60 Гц в США и 50 Гц в Европе.Вы также можете встретить разные изолированные участки одной и той же сети, работающие на разных частотах. Затем становится важным изменить выходную частоту генератора, чтобы она соответствовала частоте электропитания приборов или сети, к которой подключен ваш генератор.

Изменение оборотов двигателя в зависимости от выходной частоты

Современные генераторы состоят из двигателя, напрямую подключенного к генератору переменного тока для производства электроэнергии. Один из наиболее распространенных способов изменения выходной частоты генератора — это изменение скорости вращения двигателя.

Эти два фактора связаны по следующей формуле — Частота генератора (f) = Число оборотов двигателя в минуту (N) * Число магнитных полюсов (P) / 120 И наоборот, P = 120 * f / N

Согласно приведенной выше формуле, двухполюсный генератор с выходной частотой 60 Гц имеет частоту вращения двигателя 3600 об / мин. Чтобы изменить выходную частоту на 50 Гц для той же конфигурации генератора, необходимо снизить частоту вращения двигателя до 3000 об / мин. Аналогичным образом, для 4-полюсного генератора частота вращения двигателя 1800 об / мин дает выходную мощность 60 Гц.Уменьшение частоты вращения двигателя до 1500 об / мин дает выходную частоту 50 Гц.

В случае небольших или домашних генераторов вы можете изменить настройки оборотов двигателя, сделав несколько изменений на панели управления вашего агрегата. Следуйте инструкциям ниже, чтобы изменить частоту генератора с 60 Гц на 50 Гц:

1. Запустите двигатель генератора и настройте частотомер на панели управления на 50 Гц
2. Проверьте вольтметр переменного тока или потенциометр, в зависимости от случая, и снимите показания выходного напряжения генератора.Выходное напряжение уменьшается при уменьшении частоты и может быть ниже желаемого значения
3. Отрегулируйте вольтметр переменного тока или потенциометр на панели управления, пока не получите желаемое выходное напряжение при 50 Гц.
4. Сделав аналогичные изменения на панели управления, вы можете увеличить частоту с 50 Гц до 60 Гц.
5. Если панель управления не отображает частоту, вам необходимо сначала подключить устройство, которое будет измерять частоту во время работы генератора, а затем изменять частоту вращения двигателя.
   Блоки управления генератором осуществляют мониторинг и управление вашим блоком в реальном времени. Встроенные защитные функции автоматически отключают ваш генератор в случае превышения оборотов двигателя или очень низкой выходной частоты. Для получения дополнительной информации о функциях генератора, пожалуйста, прочтите следующую статью «Как работают генераторы».

Преобразователи частоты

Если вы используете генератор с фиксированной частотой вращения, вы можете подключить к устройству преобразователь частоты.Преобразователь частоты — это комбинация выпрямителя и инвертора. Выпрямитель использует выходной переменный ток генератора (AC) для производства постоянного тока (DC). Затем инвертор преобразует это, чтобы произвести выход переменного тока желаемой частоты. Любое сопутствующее изменение напряжения связано с назначением устройства, а также зависит от приложения, для которого используется преобразователь частоты.

Преобразователи частоты, такие как роторные преобразователи и мотор-генераторные установки, традиционно изготавливались из электромеханических компонентов.С появлением твердотельной электроники они теперь построены как полностью электронные блоки.

Помимо изменения выходной частоты, эти блоки также используются для управления крутящим моментом и скоростью двигателей переменного тока. Преобразователи частоты также находят применение в аэрокосмической промышленности для преобразования частоты 50 Гц или 60 Гц в выходную мощность 400 Гц, которая используется в наземных силовых установках самолетов. Эти системы также используются для управления скоростью вентиляторов и насосов и других нагрузок с переменным крутящим моментом, работающих на переменной скорости.

Электронные генераторные установки с регулируемой скоростью

Существует особый класс генераторов, известный как генераторы с электронной регулируемой частотой вращения, в которых изменение скорости двигателя изменяет скорость генератора переменного тока для автоматического получения выходного сигнала переменной частоты. Затем преобразователь частоты используется для исправления переменного выходного сигнала генератора, чтобы он соответствовал требуемой выходной частоте 50 Гц или 60 Гц.

Использование этого устройства устраняет необходимость в приводе с регулируемой скоростью и трансформаторе.Недостатком этой технологии является то, что электронный компонент, помимо своей дороговизны, не подходит для использования в суровых условиях, в которых обычно работает генератор.

Важно отметить, что они отличаются от генераторных установок с регулируемой скоростью, которые имеют бесступенчатую трансмиссию (CVT), которая позволяет изменять частоту вращения двигателя, но поддерживает постоянную скорость генератора переменного тока. Это не изменяет выходную частоту, но позволяет генератору изменять выходную мощность генератора для удовлетворения требований переменной нагрузки.

>> Вернуться к статьям и информации << ,