Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Регулирование частоты вращения асинхронного двигателя

Общие сведения. Технологический процесс часто требует изменения частоты вращения исполнительного механизма. С этой целью широко применяются коробки скоростей, которые усложняют кинематику провода, вызывают вибрацию системы и увеличивают инерционность привода. Для повышения точности обработки и увеличения производительности целесообразно использовать регулировочные свойства двигателей. В асинхронных двигателях частота вращения определяется из равенства

Из этого равенства следует, что изменять п можно тремя способами: изменением частоты f1 , числа пар полюсов р и скольжения s. Частоту вращения ротора в принципе можно регулировать изменением напряжения питания U1. Однако с увеличением U1 появляется опасность превышения допустимой температуры нагрева двигателя, а с уменьшением U1 уменьшается перегрузочная способность двигателя.

Регулирование изменением частоты (частотное регулирование). Этим способом изменение частоты вращения ротора п осуществляется за счет изменения частоты питающего напряжения f1 . Это возможно потому, что скольжение в номинальном режиме составляет всего 2—8 %.

Для изменения частоты f1 могут применяться машинные и полупроводниковые (тиристорные) преобразователи. На рис. 3.36 показана схема машинного преобразователя. Асинхронный двигатеь АД с постоянной частотой вращает генератор постоянного тока Г, работающий в системе генератор — двигатель. Генератор Г питает двигатель Д постоянного тока, частота вращения которого регулируется током возбуждения генератора Г и двигателя Д.

Двигатель вращает с различными частотами синхронный генератор СГ, частота выходного напряжения которого f1 = n1p/60 изменяется. В результате АД изменяет частоту вращения рабочего механизма. Этот способ позволяет плавно изменять частоту вращения АД. Недостатками способа являются высокая стоимость преобразователя, низкий КПД установки из-за многократного преобразования энергии, сравнительно небольшой диапазон регулирования.

Частотное тиристорное регулирование. Значительно больший эффект при частотном регулировании достигается применением тиристорных преобразователей. На рис. 3.37 показана схема такого регулирования. Тиристорный преобразователь ТП питается от трехфазной сети с постоянными значениями напряжения U1 и частоты f1.

На выходе преобразователя получается постоянное варьируемое напряжение U1c. Это напряжение подается на блок инвертора И, на выходе которого появляется регулируемое переменное напряжение U1v при частоте f1v. Напряжение U1v подается на асинхронный двигатель АД.

Для автоматизации процесса регулирования необходимо дополнительно иметь блок задания частоты БЗЧ и блоки управления напряжением УН и частотой УЧ.

Для поддержания точного значения скорости целесообразно иметь обратную связь по частоте с выхода АД на блок задания частоты.

Асинхронный двигатель не имеет явно выраженных полюсов и поэтому его число полюсов зависит от схемы соединения катушек в обмотках каждой фазы статора.

Если, например, обмотка фазы состоит из двух катушек, то при их последовательном соединении число пар полюсов р = 2, а при параллельном соединении р = 1. Начала и концы катушек выводятся на клеммы щитка, так что переключение катушек можно делать на работающем двигателе. Можно разместить в пазах статора две независимые обмотки, каждая из которых создает разное число пар полюсов, например, р = 1 и р = 2.

Одна из обмоток может, например, соединяться в одинарную звезду, а другая – в двойную звезду (рис. 3.38, а и б). Можно также переключать треугольник в двойную звезду (рис. 3.39, а и б).

В результате двигатель будет трехскоростной. В принципе можно разместить на статоре две обмотки, каждая из которых имеет две скорости, такая машина будет четырехскоростной. Однако размещение нескольких обмоток увеличивает габариты и стоимость машины. Поэтому лучше применять одну обмотку с переключением на четыре скорости. При этом можно получить синхронные скорости 3000 / 1500 / 1000 / 500 или 1500 / 1000 / 750 / 500 об/мин или другие комбинации.

Регулирование изменением числа полюсов является ступенчатым регулированием. Механические характеристики при разном числе пар полюсов показаны на рис. 3.40. Этот способ регулирования экономичен, рабочая часть характеристик жесткая, но данный способ применяется лишь в случаях, не требующих плавного регулирования, например в станках, где ступенчатое регулирование применяется с целью уменьшения числа ступеней в коробках скоростей, вентиляторах, насосах и др.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения. При уменьшении напряжения U момент двигателя уменьшается пропорционально U 2 . В связи с этим изменяются механические характеристики, уменьшается критический момент Mк , при постоянном моменте сопротивления увеличивается скольжение и уменьшается частота вращения ротора.

Уменьшать напряжение U можно включением в цепь статора реостатов (рис. 3.41, а), автотрансформаторов (рис. 3.41,6) или регулируемых дросселей (рис. 3.41, в). При включении реостатов в них теряется значительная мощность (RI 2 ).

Автотрансформаторы дают возможность регулировать частоту вращения лишь вручную.

Регулируемые дроссели позволяют автоматизировать этот процесс, для чего их цепь

подмагничивания включается в систему автоматического регулирования.

Данный метод применяется только у двигателей малой мощности, так как при этом способе регулирования уменьшается КПД двигателя, уменьшается критический момент, а диапазон регулирования сравнительно небольшой.

Регулирование изменением сопротивления цепи ротора R2 (реостатное регулирование). Этот способ применим только для двигателей с фазным ротором. Такое регулирование связано с изменением скольжения s в соответствии с зависимостью п = п1 (1 — s).

Из формул ( 3.26) и ( 3.28) следует, что с увеличением R2 угол наклона механической характеристики увеличивается, а критический момент остается постоянным (Mк = const).

На рис. 3.42 представлено семейство характеристик п(М) при различных R2 . Если момент нагрузки Mc = const, то частота вращения n с увеличением R2 падает, а скольжение увеличивается.

Этот способ регулирования имеет ряд недостатков: дополнительные потери энергии в реостате, механические характеристики становятся мягкими, относительно малый диапазон регулирования.

Частота вращения: формула

Количество повторений каких-либо событий или их возникновения за одну единицу таймера называется частотой. Это физическая величина измеряется в герцах – Гц (Hz). Она обозначается буквами ν, f, F, и есть отношение количества повторяющихся событий к промежутку времени, в течение которого они произошли.

При обращении предмета вокруг своего центра можно говорить о такой физической величине, как частота вращения, формула:

где:

  • N – количество оборотов вокруг оси или по окружности,
  • t – время, за которое они были совершены.
Читать еще:  Двигатель внутреннего возгорания как работает

В системе СИ обозначается как – с-1 (s-1) и именуется как обороты в секунду (об/с). Применяют и другие единицы вращения. При описании вращения планет вокруг Солнца говорят об оборотах в часах. Юпитер делает одно вращение в 9,92 часа, тогда как Земля и Луна оборачиваются за 24 часа.

Номинальная скорость вращения

Прежде, чем дать определение этому понятию, необходимо определиться, что такое номинальный режим работы какого-либо устройства. Это такой порядок работы устройства, при котором достигаются наибольшая эффективность и надёжность процесса на продолжении длительного времени. Исходя из этого, номинальная скорость вращения – количество оборотов в минуту при работе в номинальном режиме. Время, необходимое для одного оборота, составляет 1/v секунд. Оно называется периодом вращения T. Значит, связь между периодом обращения и частотой имеет вид:

К сведению. Частота вращения вала асинхронного двигателя – 3000 об./мин., это номинальная скорость вращения выходного хвостовика вала при номинальном режиме работы электродвигателя.

Как найти или узнать частоты вращений различных механизмов? Для этого применяется прибор, который называется тахометр.

Угловая скорость

Когда тело движется по окружности, то не все его точки движутся с одинаковой скоростью относительно оси вращения. Если взять лопасти обычного бытового вентилятора, которые вращаются вокруг вала, то точка расположенная ближе к валу имеет скорость вращения больше, чем отмеченная точка на краю лопасти. Это значит, у них разная линейная скорость вращения. В то же время угловая скорость у всех точек одинаковая.

Угловая скорость представляет собой изменение угла в единицу времени, а не расстояния. Обозначается буквой греческого алфавита – ω и имеет единицу измерения радиан в секунду (рад/с). Иными словами, угловая скорость – это вектор, привязанный к оси обращения предмета.

Формула для вычисления отношения между углом поворота и временным интервалом выглядит так:

где:

  • ω – угловая скорость (рад./с);
  • ∆ϕ – изменение угла отклонения при повороте (рад.);
  • ∆t – время, затраченное на отклонение (с).

Обозначение угловой скорости употребляется при изучении законов вращения. Оно употребляется при описании движения всех вращающихся тел.

Угловая скорость в конкретных случаях

На практике редко работают с величинами угловой скорости. Она нужна при конструкторских разработках вращающихся механизмов: редукторов, коробок передач и прочего.

Вычислить её, применяя формулу, можно. Для этого используют связь угловой скорости и частоты вращения.

где:

  • π – число, равное 3,14;
  • ν – частота вращения, (об./мин.).

В качестве примера могут быть рассмотрены угловая скорость и частота вращения колёсного диска при движении мотоблока. Часто необходимо уменьшить или увеличить скорость механизма. Для этого применяют устройство в виде редуктора, при помощи которого понижают скорость вращения колёс. При максимальной скорости движения 10 км/ч колесо делает около 60 об./мин. После перевода минут в секунды это значение равно 1 об./с. После подстановки данных в формулу получится результат:

ω = 2*π*ν = 2*3,14*1 = 6,28 рад./с.

К сведению. Снижение угловой скорости часто требуется для того, чтобы увеличить крутящий момент или тяговое усилие механизмов.

Как определить угловую скорость

Принцип определения угловой скорости зависит от того, как происходит движение по окружности. Если равномерно, то употребляется формула:

Если нет, то придётся высчитывать значения мгновенной или средней угловой скорости.

Величина, о которой идёт разговор, векторная, и при определении её направления используют правило Максвелла. В просторечии – правило буравчика. Вектор скорости имеет одинаковое направление с поступательным перемещением винта, имеющего правую резьбу.

Рассмотрим на примере, как определить угловую скорость, зная, что угол поворота диска радиусом 0,5 м меняется по закону ϕ = 6*t:

ω = ϕ / t = 6 * t / t = 6 с-1

Вектор ω меняется из-за поворота в пространстве оси вращения и при изменении значения модуля угловой скорости.

Угол поворота и период обращения

Рассмотрим точку А на предмете, вращающимся вокруг своей оси. При обращении за какой-то период времени она изменит своё положение на линии окружности на определённый угол. Это угол поворота. Он измеряется в радианах, потому что за единицу берётся отрезок окружности, равный радиусу. Ещё одна величина измерения угла поворота – градус.

Когда в результате поворота точка А вернётся на своё прежнее место, значит, она совершила полный оборот. Если её движение повторится n-раз, то говорят о некотором количестве оборотов. Исходя из этого, можно рассматривать 1/2, 1/4 оборота и так далее. Яркий практический пример этому – путь, который проделывает фреза при фрезеровании детали, закреплённой в центре шпинделя станка.

Внимание! Угол поворота имеет направление. Оно отрицательное, когда вращение происходит по часовой стрелке и положительное при вращении против движения стрелки.

Если тело равномерно продвигается по окружности, можно говорить о постоянной угловой скорости при перемещении, ω = const.

В этом случае находят применения такие характеристики, как:

  • период обращения – T, это время, необходимое для полного оборота точки при круговом движении;
  • частота обращения – ν, это полное количество оборотов, которое совершает точка по круговой траектории за единичный временной интервал.

Интересно. По известным данным, Юпитер обращается вокруг Солнца за 12 лет. Когда Земля за это время делает вокруг Солнца почти 12 оборотов. Точное значение периода обращения круглого гиганта – 11,86 земных лет.

Циклическая частота вращения (обращения)

Скалярная величина, измеряющая частоту вращательного движения, называется циклической частотой вращения. Это угловая частота, равная не самому вектору угловой скорости, а его модулю. Ещё её именуют радиальной или круговой частотой.

Циклическая частота вращения – это количество оборотов тела за 2*π секунды.

У электрических двигателей переменного тока это частота асинхронная. У них частота вращения ротора отстаёт от частоты вращения магнитного поля статора. Величина, определяющая это отставание, носит название скольжения – S. В процессе скольжения вал вращается, потому что в роторе возникает электроток. Скольжение допустимо до определённой величины, превышение которой приводит к перегреву асинхронной машины, и её обмотки могут сгореть.

Читать еще:  Выверка двигателя что это такое

Устройство этого типа двигателей отличается от устройства машин постоянного тока, где токопроводящая рамка вращается в поле постоянных магнитов. Большое количество рамок вместил в себя якорь, множество электромагнитов составили основу статора. В трёхфазных машинах переменного тока всё наоборот.

При работе асинхронного двигателя статор имеет вращающееся магнитное поле. Оно всегда зависит от параметров:

  • частоты питающей сети;
  • количества пар полюсов.

Скорость вращения ротора состоит в прямом соотношении со скоростью магнитного поля статора. Поле создаётся тремя обмотками, которые расположены под углом 120 градусов относительно друг друга.

Переход от угловой к линейной скорости

Существует различие между линейной скоростью точки и угловой скоростью. При сравнении величин в выражениях, описывающих правила вращения, можно увидеть общее между этими двумя понятиями. Любая точка В, принадлежащая окружности с радиусом R, совершает путь, равный 2*π*R. При этом она делает один оборот. Учитывая, что время, необходимое для этого, есть период Т, модульное значение линейной скорости точки В находится следующим действием:

ν = 2*π*R / Т = 2*π*R* ν.

Так как ω = 2*π*ν, то получается:

Следовательно, линейная скорость точки В тем больше, чем дальше от центра вращения находится точка.

К сведению. Если рассматривать в качестве такой точки города на широте Санкт-Петербурга, их линейная скорость относительно земной оси равна 233 м/с. Для объектов на экваторе – 465 м/с.

Числовое значение вектора ускорения точки В, движущейся равномерно, выражается через R и угловую скорость, таким образом:

а = ν2/ R, подставляя сюда ν = ω* R, получим: а = ν2/ R = ω2* R.

Это значит, чем больше радиус окружности, по которой движется точка В, тем больше значение её ускорения по модулю. Чем дальше расположена точка твердого тела от оси вращения, тем большее ускорение она имеет.

Поэтому можно вычислять ускорения, модули скоростей необходимых точек тел и их положений в любой момент времени.

Понимание и умение пользоваться расчётами и не путаться в определениях помогут на практике вычислениям линейной и угловой скоростей, а также свободно переходить при расчётах от одной величины к другой.

Видео

Как мощность электродвигателя влияет на характеристики насоса (Техническая суть одного разбирательства)

Введение

В статье приведена техническая составляющая одного спора между поставщиком и покупателем электродвигателей, аспекты которого могут быть полезны нашим читателям, а именно разберемся как мощность электродвигателя влияет на характеристики насоса.

Ситуация развивалась так. Компания А приобрела у компании Б электродвигатель 75 квт 3000 об/мин для насоса Д320-70.

Однако при эксплуатации агрегата что-то пошло не так и компания А обратилась к поставщику забрать электромотор обратно и вернуть деньги.

Техническое обоснование в претензии выглядело так (изложение и стилистика сохранены согласно оригинала):

«При получении электродвигателя был проведен визуальный осмотр, габаритные замеры и инструментальная проверка целостности обмоток (тестовое «прозванивание») которые, кроме резкого запаха лака (что свидетельствует о недавнем ремонте электрообмоток), не давали сомнений относительно работоспособности покупаемого оборудования, после чего он был доставлен на территорию предприятия.

Однако в процессе монтажа обнаружилось следующее:

— Стабильная работа приобретенного электродвигателя при тестовом (холостом) запуске без присоединения до насоса Д320-70;

— Удовлетворительная работа приобретенного электромотора при тестовом (холостом) запуске в смонтированном комплекте с насосом Д320-70;

— Нестабильная под напряжением работа электромотора при рабочем запуске откачивания карьерной воды, которая характеризовалась отсутствием «рабочего» напора откачиваемых вод (не более 20% от потребности) что вызвало сомнения в соответствии производственной мощности приобретенного оборудования (оборудование предприятия при аналогичных характеристиках работало на 100%);

— Выход из строя главного вала насоса Д320-70 из-за возможной причины недостаточной мощности электродвигателя.

Компания-поставщик обратилась к нам прокомментировать данную претензию с технической стороны. Ниже приводим некоторые наши рассуждения.

Ми не комментировали последний пункт технической части претензии. Он выходит за пределы нашего понимания. Ибо нам абсолютно не понятно каким образом электродвигатель недостаточной мощности может вывести из строя вал насоса, расчитаный на нагрузку от электродвигателя большей мощности.

Можно ли определить мощность электродвигателя по характеристикам насоса, где он установлен

Убежденность, что электродвигатель не выдает заявленной мощности компания А основывает на том, что не работает оборудование, на которое установлен этот мотор.

По сути в претензию заложено утверждение: «мощность электродвигателя можно определить косвенно по характеристикам оборудования, к которому этот электродвигатель подключен». Однако это утверждение ошибочное, что мы покажем ниже.

В претензии покупатель пишет, что: «нестабильная под напряжением работа электродвигателя», «отсутствие рабочего напора» и так далее.

Как по мне, с технической точки зрения непонятно понятие «нестабильная». В технике все должно быть четко. «Нестабильность» в чем то измеряеться или как-то определяется. Но это пока не важно.

Важно то, что по сути поставщик не имеет никакого отношения к тому, куда покупатель поставил электромотор. Для этого у покупателя должен быть соответствующий технический персонал, отвечающий за правильный подбор, надлежащий монтаж и грамотную эксплуатацию оборудования.

Важно то, что в данном случае технический персонал покупателя не рассмотрел другие причины, которые не имеют отношения к электромотору, но они могут изменять характеристики работы насоса.

Факторы, которые влияют на характеристики насоса

Ниже приводим ряд факторов, влияющих на характеристики насоса.
Например:

  • рабочее колесо насоса вращается в противоположном направлении. Это приведет к значительному снижению характеристик насоса: напора и производительности;
  • неисправность самого насоса: износ или повреждение рабочего колеса, например вследствие попадания посторонних предметов в насос. А попадание посторонних предметов может повредить вал насоса (о чем покупатель, кстати, написал в претензии);
  • неисправность в трубопроводах, подсос воздуха на всасывающем трубопроводе, неисправность трубопроводной арматуры.
Читать еще:  Авто с лучшими двигателями

Следовательно, утверждение, что только электродвигатель является причиной неудовлетворительной работы насосного агрегата, по сути ошибочно. Не учтены другие факторы, влияющие на работу насоса.

Мощность 3-х фазного электродвигателя рассчитывается по формуле: Р = 1,78 * U * I * КПД * соs ф
где U напряжение питающей сети, I — сила потребляемого тока. В этой формуле нет «напора откачиваемых вод».

Наш вывод: по характеристикам насоса невозможно однозначно определить мощность электродвигателя, подключенного к нему.

Как мощность электродвигателя влияет на характеристики насоса

Рабочий орган центробежного насоса — его рабочее колесо, которое при вращении захватывает жидкость из входного трубопровода и выталкивает в выходной. Характеристики насоса зависят от размеров этого рабочего колеса и скорости его вращения.

Если на насос Д320-70 поставить мотор 75 кВт 3000 об/мин или 200 кВт 3000 об/мин при одинаковых размерах рабочего колеса — то характеристики у насоса будут одинаковы в обоих случаях.

Это потому что оба электромотора вращають рабочее колесо насосов почти 3000 оборотов в минуту. Но 75 кВт электромотор нагружен, к примеру, на 95%, а 200 кВт — всего на 50%.

Можно даже установить на насос мотор 55 кВт 3000 об/мин — и насос тоже не поменяет характеристики. Однако мотор 55 кВт будет нагружен, например, на 120%, то есть он будет перегружен и быстро выйдет из строя.

Наш вывод: На готовом насосе (при неизменных геометрических характеристиках и частоте вращения рабочего колеса) изменение мощности электродвигателя не будет менять напор и расход насоса. Влияние имеет только частота вращения рабочего органа насоса — его рабочего колеса.

При определении характеристик насоса полезными могут оказаться закономерности, связанные с частотой вращения вала установленного на насос электродвигателя:

1) Подача насоса пропорциональна частоте вращения рабочего колеса. Удвоение частоты вращения в два раза увеличивает подачу в два раза.

2) Напор насоса пропорционален квадрату частоты вращения рабочего колеса. Удвоение частоты вращения увеличивает напор в 4 раза.

3) Потребляемая мощность пропорциональна частоте вращения рабочего колеса в третьей степени. Удвоение частоты вращения рабочего колеса увеличивает потребляемую мощность в 8 раз.

Сколько оборотов делает двигатель стиральной машины

Решив подключить мотор от стиральной машины к другому прибору, пользователь задумывается о том, как отрегулировать его обороты. Прямое подключение мотора к электросети позволяет выдавать ему полную мощность. Но, чтобы самодельные приборы нормально функционировали, необходимо научиться управлять скоростью вращения двигателя от стиральной машины.

Как это сделать, читайте в статье.

Правильное подключение коллекторного двигателя

Какая бы ни была мощность двигателя машины-автомат, ею нужно правильно управлять. Поэтому важно уметь регулировать число оборотов.

Разберемся, как подсоединить коллекторный двигатель и определить провода таходатчика, который выступает регулятором оборотов.

  • В некоторых моторах определить выводы статора и ротора можно по цвету. Как показано на фото ниже, два первых провода белого цвета – выходы таходатчика. Для подключения они пока не понадобятся. Красный и коричневый – провод статора, серый и зеленый – ротора.

  • Чтобы точно убедиться, прозвоните провода мультиметром, подыскивая пары. Рабочая обмотка показывает меньшее сопротивление, тогда как выходы тахогенератора (датчика оборотов) должны показывать около 70 Ом.
  • По схеме соедините вывод статора с выходом ротора, оставшиеся два провода подключите к сети 220 Вольт.

После того как двигатель запущен, проследите, сколько оборотов он выдает. Есть две схемы, которые регулируют вращения стиралки, – опишем их ниже.

Как самостоятельно регулировать скорость вращения мотора

Как регулировать обороты у двигателя стиральной машины-автомат и полуавтомат? Своими руками это можно сделать через плату (микросхему) или регулятор напряжения. Разберем подробнее оба способа.

Подключение через регулятор

Для этого можно использовать поворотное колесо, диммер, гашетку от дрели. Этот метод подскажет, как увеличить или уменьшить количество оборотов двигателя. То есть, поворачивая установленное колесо, вы сможете контролировать поступающее напряжение к мотору из сети 220 Вольт.

Подключение проходит по схеме:

  • Согласно схеме, один провод обмотки статора соединяется якорем (ротором).
  • Затем один провод ротора подсоединяется к регулятору оборотов.
  • Оставшийся провод статора и ротора подключается к сети 220 Вольт.

Обратите внимание, что перед подключением обязательно нужно зафиксировать электродвигатель. Поскольку, включаясь на полной мощности, он может соскочить со стола.

Запустив мотор, вы обнаружите, что он работает в полную силу. Попытавшись установить управление оборотами с помощью колеса, вы заметите, что сразу же теряется скорость и мотор останавливается. То есть о нормальной работе не может быть речи.

Но у нас есть еще один, более действенный метод.

Подключение через плату (микросхему)

Как контролировать обороты с помощью платы регулировки? Здесь задействуется тахогенератор. Сам по себе датчик не может ничем управлять, его нужно правильно подключить. Именно для этого используется микросхема. Подключение выполняется по схеме регулятора на основе TDA 1085.

Какие обороты сможет совершать мотор при таком подключении? От высоких до низких. При этом вам не нужно будет вращать регулятор рукой, управлять оборотами можно через тумблер.

Если попытаться создать нагрузку на электоромотор, то обороты сразу снизятся, после чего возобновятся с новой мощностью. Все потому, что датчик взаимодействует с платой, посылая сигнал о снижении мощности.

Те, кто разбирается в электрике, смогут самостоятельно собрать такую плату. Список деталей представлен в таблице ниже. Можно поступить проще и заказать такую микросхему в интернет-магазине.

Теперь вы знаете, как не только подключить, но и правильно отрегулировать работу двигателя. Можно смело приниматься за эксперименты в создании домашней техники.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector