Число оборотов электродвигателя: Количество оборотов в минуту у электродвигателей

Определяем обороты

Существует несколько способов измерения оборотов электродвигателя. Самый надежный заключается в использовании тахометра – устройства, предназначенного именно для этих целей. Однако такой прибор есть не у каждого человека, тем более, если он не занимается электрическими моторами профессионально. Поэтому существует несколько иных вариантов, позволяющих справиться с задачей «на глаз».

Первый подразумевает снятие одной из крышек двигателя с целью обнаружения катушки обмотки. Последних может быть несколько. Выбирается та, которая более доступна и расположена в зоне видимости. Главное, во время работы не допустить нарушения целостности устройства.

Когда катушка открылась взору, необходимо ее внимательно осмотреть и постараться сравнить размер с кольцом статора. Последний является неподвижным элементом электродвигателя, а ротор, находясь внутри него, осуществляет вращение.

Когда кольцо наполовину закрыто катушкой, число оборотов за минуту достигает 3000. Если закрывается третья часть кольца – число оборотов составляет примерно 1500. При четверти – число оборотов равно 1000.

Второй способ связан с обмотками внутри статора. Считается количество пазов, которые занимает одна секция какой-либо катушки. Пазы расположены на сердечнике, их число свидетельствует о количестве пар полюсов. 3000 оборотов в минуту будет при наличии двух пар полюсов, при четырех – 1500 оборотов, при шести – 1000.

Ответом на вопрос о том, от чего зависит количество оборотов электродвигателя, будет утверждение: от числа пар полюсов, причем это обратно пропорциональная зависимость.

На корпусе любого заводского двигателя имеется металлическая бирка, на которой указаны все характеристики. На практике такая бирка может отсутствовать или стереться, что немного усложняет задачу определения числа оборотов.

Корректируем обороты

Работа с разнообразным электрическим инструментом и оборудованием в быту или на производстве непременно ставит вопрос о том, как регулировать обороты электродвигателя.  Например, становится необходимым изменить скорость передвижения деталей в станке или по конвейеру, скорректировать производительность насосов, уменьшить или увеличить расход воздуха в вентиляционных системах.

Осуществлять указанные процедуры за счет понижения напряжения практически бессмысленно, обороты будут резко падать, существенно снизится мощность устройства. Поэтому используются специальные устройства, позволяющие корректировать обороты двигателя. Рассмотрим их более подробно.

Частотные преобразователи выступают в качестве надежных устройств, способных кардинальным образом менять частоту тока и форму сигнала. Их основу составляют полупроводниковые триоды (транзисторы) высокой мощности и модулятор импульсов.

Микроконтроллер управляет всем процессом работы преобразователя. Благодаря такому подходу появляется возможность добиться плавного повышения оборотов двигателя, что крайне важно в механизмах с большой нагрузкой. Медленный разгон снижает нагрузки, положительно сказываясь на сроке службы производственного и бытового оборудования.

Все преобразователи оснащаются защитой, имеющей несколько степеней.  Часть моделей работает за счет однофазного напряжения в 220 В. Возникает вопрос, можно ли сделать так, чтобы трехфазный мотор вращался благодаря одной фазе? Ответ окажется положительным при соблюдении одного условия.

При подаче однофазного напряжения на обмотку требуется осуществить «толчок» ротора, поскольку сам он не сдвинется с места. Для этого нужен пусковой конденсатор. После начала вращения двигателя оставшиеся обмотки будут давать недостающее напряжение.

Существенным минусом такой схемы считается сильный перекос фаз. Однако он легко компенсируется включением в схему автотрансформатора. В целом, это довольно сложная схема. Преимущество же частотного преобразователя заключается в возможности подключения моторов асинхронного типа без применения сложных схем.

Что дает преобразователь?

Необходимость использования регулятора оборотов электродвигателя в случае асинхронных моделей состоит в следующем:

Достигается значительная экономия электрической энергии. Поскольку не всякое оборудование требует высоких скоростей вращения моторного вала, ее имеет смысл снизить на четверть.

Обеспечивается надежная защита всех механизмов. Преобразователь частоты позволяет контролировать не только температуру, но и давление и прочие параметры системы. Этот факт особенно важен, если при помощи двигателя приводится в действие насос.

Датчик давления устанавливается в емкости, посылает сигнал при достижении должного уровня, благодаря чему мотор останавливается.

Совершается плавный пуск. Благодаря регулятору снимается необходимость использования дополнительных электронных устройств. Частотный преобразователь легко настроить и получить желаемый эффект.

Снижаются расходы на техническое обслуживание, поскольку регулятор сводит к минимуму риски поломки привода и других механизмов.

Таким образом электродвигатели с регулятором оборотов оказываются надежными устройствами с широкой сферой применения.

Важно помнить, что эксплуатация любого оборудования на основе электрического мотора только тогда окажется правильной и безопасной, когда параметр частоты вращения будет адекватен условиям использования.

Фото оборотов электродвигателя

Определение оборотов электродвигателя по катушкам обмотки

Просмотров 944 Опубликовано 16.06.2018 Обновлено 16.06.2018

Иногда, в моей практике приходилось сталкиваться с одной проблемой, связанной с асинхронными электродвигателями — как определить количество оборотов ротора электродвигателя, если нет бирки и технической документации на электромотор?

Вопрос, на самом деле, решается просто — обороты можно определить по катушкам обмотки статора асинхронного электродвигателя.

Асинхронные электродвигатели делятся по количеству оборотов ротора на: 1000 об/мин, 1500 об/мин и 3000 об/мин. При этом следует помнить, что если мы называем асинхронный электродвигатель «тысячником», то у него нет 1000 об/мин, т.к. он асинхронный (ротор отстаёт от магнитного поля). У него может быть 940 об/мин , 980 об/мин или около этого , но не 1000 об/мин. Тоже самое касается и «полуторатысячников» (1440 — 1480 об/мин), и «трёхтысячников» (2940 — 2980 об/мин).

Как определить обороты ротора по обмотке статора

Открываем одну из двух крышек электродвигателя и смотрим на катушки обмотки, вернее, на одну катушку. Она может состоять из нескольких секций (2-х , 3-х , 4-х ).

В статоре находим катушку, которая нам лучше всего видна. Теперь смотрим на её размер, относительно железа статора. Я не буду рассказывать, как катушки соединены между собой, как соединены секции в катушке, через сколько пазов в статоре они закладываются и т.д. Это нам сейчас не нужно. Нам сейчас нужно определить расстояние, которое занимает одна катушка по кольцу железа статора.

Определив это расстояние (даже на глаз), мы может с уверенностью сказать сколько оборотов имеет данный асинхронный электродвигатель.

1. Если катушка занимает половину кольца железа статора, то электродвигатель на 3000 об/мин.

2. Если катушка занимает 1/3 кольца железа, то электродвигатель на 1500 об/мин.

3. Если катушка занимает 1/4 кольца железа, то электродвигатель на 1000 об/мин.

Вот так всё легко и просто.

Измерение числа оборотов двигателя. Как определить обороты электродвигателя. Типовые характеристики по монтажным размерам

Под скоростью вращения асинхронного электродвигателя обычно понимают угловую частоту вращения его ротора, которая приведена на шильдике (на паспортной табличке двигателя) в виде количества оборотов в минуту. Трехфазный двигатель можно питать и от однофазной сети, для этого параллельно одной или двум его обмоткам, в зависимости от напряжения сети, но конструкция двигателя от этого не изменится.

Так, если ротор под нагрузкой совершает 2760 оборотов в минуту, то будет равна 2760*2пи/60 радиан в секунду, то есть 289 рад/с, что не удобно для восприятия, поэтому на табличке пишут просто «2760 об/мин». Применительно к асинхронному электродвигателю, это обороты с учетом скольжения s.

Синхронная же скорость данного двигателя (без учета скольжения) будет равна 3000 оборотов в минуту, поскольку при питании обмоток статора сетевым током с частотой 50 Гц, каждую секунду магнитный поток будет совершать по 50 полных циклических изменений, а 50*60 = 3000, вот и получается 3000 оборотов в минуту — синхронная скорость асинхронного электродвигателя.

В рамках данной статьи мы поговорим о том, как определить синхронную скорость вращения неизвестного асинхронного трехфазного двигателя, просто взглянув на его статор. По внешнему виду статора, по расположению обмоток, по количеству пазов, — можно легко определить синхронные обороты электродвигателя если у вас нет под рукой тахометра. Итак, начнем по порядку и разберем данный вопрос с примерами.

3000 оборотов в минуту

Про асинхронные электродвигатели (смотрите — ) принято говорить, что тот или иной двигатель имеет одну, две, три или четыре пары полюсов. Минимум — одна пара полюсов, то есть минимум — два полюса. Взгляните на рисунок. Здесь вы видите, что в статор уложено по две последовательно соединенные катушки на каждую фазу — в каждой паре катушек одна расположена напротив другой. Эти катушки и образуют по паре полюсов на статоре.

Одна из фаз показана для ясности красным цветом, вторая — зеленым, третья — черным. Обмотки всех трех фаз устроены одинаково. Поскольку три эти обмотки питаются по очереди (ток трехфазный), то за 1 колебание из 50 в каждой из фаз — магнитный поток статора один раз обернется на полные 360 градусов, то есть совершит один оборот за 1/50 секунды, значит 50 оборотов получится за секунду. Так и выходит 3000 оборотов в минуту.

Таким образом становится ясно, что для определения синхронных оборотов асинхронного электродвигателя достаточно определить количество пар его полюсов, что легко сделать, сняв крышку и взглянув на статор.

Общее число пазов статора разделите на число пазов, приходящихся на одну секцию обмотки одной из фаз. Если получится 2, то перед вами двигатель с двумя полюсами — с одной парой полюсов. Следовательно синхронная частота составляет 3000 оборотов в минуту или примерно 2910 с учетом скольжения. В простейшем случае 12 пазов, по 6 пазов на катушку, и таких катушек 6 — по две на каждую из трех фаз.

Обратите внимание, количество катушек в одной группе для одной пары полюсов может быть не обязательно 1, но и 2 и 3, однако для примера мы рассмотрели вариант с одиночными группами на пару катушек (не будем в рамках данной статьи заострять внимание на способах намотки).

1500 оборотов в минуту

Для получения синхронной скорости в 1500 оборотов в минуту, количество полюсов статора увеличивают вдвое, чтобы за 1 колебание из 50 магнитный поток совершил бы только пол оборота — 180 градусов.

Для этого на каждую фазу делают по 4 секции обмотки. Таким образом, если одна катушка занимает четверть всех пазов, то перед вами двигатель с двумя парами полюсов, образованными четырьмя катушками на фазу.

Например, 6 пазов из 24 занимает одна катушка или 12 из 48, значит перед вами двигатель с синхронной частотой 1500 оборотов в минуту, или с учетом скольжения примерно 1350 оборотов в минуту. На приведенном фото каждая секция обмотки выполнена в виде двойной катушечной группы.

1000 оборотов в минуту

Как вы уже поняли, для получения синхронной частоты в 1000 оборотов в минуту, каждая фаза образует уже три пары полюсов, чтобы за одно колебание из 50 (герц) магнитный поток обернулся бы всего на 120 градусов, и соответствующим образом повернул бы за собой ротор.

Таким образом, минимум 18 катушек установлены на статор, причем каждая катушка занимает шестую часть всех пазов (по шесть катушек на фазу — по три пары). Например, если пазов 24, то одна катушка займет 4 из них. Получится частота с учетом скольжения около 935 оборотов в минуту.

750 оборотов в минуту

Для получения синхронной скорости в 750 оборотов в минуту, необходимо, чтобы три фазы формировали на статоре четыре пары движущихся полюсов, это по 8 катушек на фазу — одна напротив другой — 8 полюсов. Если например на 48 пазов приходится по катушке на каждые 6 пазов — перед вами асинхронный двигатель с синхронными оборотами 750 (или около 730 с учетом скольжения).

500 оборотов в минуту

Наконец, для получения асинхронного двигателя с синхронной скоростью в 500 оборотов в минуту необходимо 6 пар полюсов — по 12 катушек (полюсов) на фазу, чтобы на каждое колебание сети магнитный поток поворачивался бы на 60 градусов. То есть, если например статор имеет 36 пазов, при этом на катушку приходится по 4 паза — перед вами трехфазный двигатель на 500 оборотов в минуту (480 с учетом скольжения).

При покупке электродвигателя с рук рассчитывать на наличие технической документации к нему не приходится. Тогда встает вопрос о том, как узнать количество оборотов приобретаемого устройства. Можно довериться словам продавца, однако добросовестность не всегда является их отличительной чертой.

Тогда возникает проблема с определением числа оборотов. Решить ее можно, зная некоторые тонкости устройства мотора. Об этом и пойдет речь дальше.

Определяем обороты

Существует несколько способов измерения оборотов электродвигателя. Самый надежный заключается в использовании тахометра – устройства, предназначенного именно для этих целей. Однако такой прибор есть не у каждого человека, тем более, если он не занимается электрическими моторами профессионально. Поэтому существует несколько иных вариантов, позволяющих справиться с задачей «на глаз».

Первый подразумевает снятие одной из крышек двигателя с целью обнаружения катушки обмотки. Последних может быть несколько. Выбирается та, которая более доступна и расположена в зоне видимости. Главное, во время работы не допустить нарушения целостности устройства.

Когда катушка открылась взору, необходимо ее внимательно осмотреть и постараться сравнить размер с кольцом статора. Последний является неподвижным элементом электродвигателя, а ротор, находясь внутри него, осуществляет вращение.

Когда кольцо наполовину закрыто катушкой, число оборотов за минуту достигает 3000. Если закрывается третья часть кольца – число оборотов составляет примерно 1500. При четверти – число оборотов равно 1000.

Второй способ связан с обмотками внутри статора. Считается количество пазов, которые занимает одна секция какой-либо катушки. Пазы расположены на сердечнике, их число свидетельствует о количестве пар полюсов. 3000 оборотов в минуту будет при наличии двух пар полюсов, при четырех – 1500 оборотов, при шести – 1000.

Ответом на вопрос о том, от чего зависит количество оборотов электродвигателя, будет утверждение: от числа пар полюсов, причем это обратно пропорциональная зависимость.

На корпусе любого заводского двигателя имеется металлическая бирка, на которой указаны все характеристики. На практике такая бирка может отсутствовать или стереться, что немного усложняет задачу определения числа оборотов.

Корректируем обороты

Работа с разнообразным электрическим инструментом и оборудованием в быту или на производстве непременно ставит вопрос о том, как регулировать обороты электродвигателя. Например, становится необходимым изменить скорость передвижения деталей в станке или по конвейеру, скорректировать производительность насосов, уменьшить или увеличить расход воздуха в вентиляционных системах.

Осуществлять указанные процедуры за счет понижения напряжения практически бессмысленно, обороты будут резко падать, существенно снизится мощность устройства. Поэтому используются специальные устройства, позволяющие корректировать обороты двигателя. Рассмотрим их более подробно.

Частотные преобразователи выступают в качестве надежных устройств, способных кардинальным образом менять частоту тока и форму сигнала. Их основу составляют полупроводниковые триоды (транзисторы) высокой мощности и модулятор импульсов.

Микроконтроллер управляет всем процессом работы преобразователя. Благодаря такому подходу появляется возможность добиться плавного повышения оборотов двигателя, что крайне важно в механизмах с большой нагрузкой. Медленный разгон снижает нагрузки, положительно сказываясь на сроке службы производственного и бытового оборудования.

Все преобразователи оснащаются защитой, имеющей несколько степеней. Часть моделей работает за счет однофазного напряжения в 220 В. Возникает вопрос, можно ли сделать так, чтобы трехфазный мотор вращался благодаря одной фазе? Ответ окажется положительным при соблюдении одного условия.

При подаче однофазного напряжения на обмотку требуется осуществить «толчок» ротора, поскольку сам он не сдвинется с места. Для этого нужен пусковой конденсатор. После начала вращения двигателя оставшиеся обмотки будут давать недостающее напряжение.

Существенным минусом такой схемы считается сильный перекос фаз. Однако он легко компенсируется включением в схему автотрансформатора. В целом, это довольно сложная схема. Преимущество же частотного преобразователя заключается в возможности подключения моторов асинхронного типа без применения сложных схем.

Что дает преобразователь?

Необходимость использования регулятора оборотов электродвигателя в случае асинхронных моделей состоит в следующем:

Достигается значительная экономия электрической энергии. Поскольку не всякое оборудование требует высоких скоростей вращения моторного вала, ее имеет смысл снизить на четверть.

Обеспечивается надежная защита всех механизмов. Преобразователь частоты позволяет контролировать не только температуру, но и давление и прочие параметры системы. Этот факт особенно важен, если при помощи двигателя приводится в действие насос.

Датчик давления устанавливается в емкости, посылает сигнал при достижении должного уровня, благодаря чему мотор останавливается.

Совершается плавный пуск. Благодаря регулятору снимается необходимость использования дополнительных электронных устройств. Частотный преобразователь легко настроить и получить желаемый эффект.

Снижаются расходы на техническое обслуживание, поскольку регулятор сводит к минимуму риски поломки привода и других механизмов.

Таким образом электродвигатели с регулятором оборотов оказываются надежными устройствами с широкой сферой применения.

Важно помнить, что эксплуатация любого оборудования на основе электрического мотора только тогда окажется правильной и безопасной, когда параметр частоты вращения будет адекватен условиям использования.

Фото оборотов электродвигателя

Электродвигатель – обмотка статора

Время от времени в процессе работы, нужно найти количество оборотов асинхронного электродвигателя, на котором отсутствует бирка. И далековато не каждый электрик с этой задачей может совладать. Но мое мировоззрение, что каждый электрослесарь в этом должен разбираться. На собственном рабочем месте, как говорится – по долгу службы, вы понимаете все свойства собственных движков. А перебежали на новое рабочее место, а там ни на одном движке нет бирок. Найти количество оборотов электродвигателя, даже очень просто и просто. Определяем по обмоттке. Для этого нужно снять крышку мотора. Лучше это проделывать с задней крышкой, т. к. шкив либо полумуфту снимать не нужно. Довольно снять кожух

остывания и крыльчатку и крышка мотора доступна. После снятия крышки обмотку видно довольно отлично. Найдите одну секцию и смотрите сколько

Движок – 3000 об/мин

места она занимает по окружности круга (статора). А сейчас запоминайте, если катушка занимает половину круга (180 град.) – это движок на 3000 об/мин.

Движок – 1500 об/мин

Если в окружности вместится три секции (120 град.) – это движок 1500 об/мин. Ну и если в статоре вмещается четыре секции (90 град.) – этот движок на 1000 об/мин. Вот так совершенно просто можно найти количество оборотов “неизвесного” электродвигателя. На представленных рисунках это видно отлично.

Движок – 1000 об/мин

Это способ определения, когда катушки обмоток намотаны секциями. А бывают обмотки “всыпные”, таким способом уже не найти. Таковой способ намотки встречается изредка.

Еще есть один способ определения количество оборотов. В роторе электродвигателя, есть остаточное магнитное поле, которое может наводить небольшую ЭДС в обмотке статора, если мы будем крутить ротор. Эту ЭДС можно “изловить” – миллиамперметром. Наша задачка заключается в следующем: необходимо отыскать обмотку одной фазы, независимо как соединены обмотки, треугольником либо звездой. И к кончикам обмотки подключаем миллиамперметр, вращая вал мотора, смотрим сколько раз отклонится стрелка миллиамперметра за один оборот ротора и вот по этой таблице поглядеть, что за движок вы определяете.

(2p) 2 3000 r/min
(2p) 4 1500 r/min
(2p) 6 1000 r/min
(2p) 8 750 r/min

Вот такие обыкновенные и думаю понятные два способа определения колличества оборотов на котором отсутствует бирка (табличка).

В СССР выпускался прибор ТЧ10-Р, может у кого и сохранился. Кто не лицезрел и не знал о таком измерителе, предлагаю поглядеть фото собственного. В комплекте имеется две насадки, – для измерения оборотов по оси вала и 2-ая для измерения по окружности вала.

Измерить колличество оборотов можно и при помощи “Цифрового лазерного тахометра”

“Цифровой лазерный тахометр”

Технические свойства:

Спектр: 2,5 об / мин ~ 99999 об / ми
Разрешение / шаг: 0,1 об / мин для спектра 2,5 ~ 999,9 об / мин, 1 об / мин 1000 об / мин и поболее
Точность: + / – 0,05%
Рабочее расстояние: 50mm ~ 500mm
Также указывается малое и наибольшее значение
Для тех кому реально необходимо – просто супер вещь!
Л. Рыженков

При эксплуатации любой машины не обойтись без электродвигателя. Многие покупают электродвигатель с рук без какой-либо документации. В такой ситуации возникает проблема с определением оборотов электродвигателя. Чтобы решить данную проблему, можно использовать несколько способов.

Все основные характеристики электродвигателя должны быть указаны на металлической бирке, располагающейся на его корпусе. Но на практике бирка или отсутствует, или информация стерлась в течение эксплуатации.

Несколько лет назад мне срочно понадобилось замерить обороты двигателя, а тахометра нет! Как тут быть? Поскольку замерить обороты мне нужно было позарез, вариант заказывать тахометр и ждать его месяц, меня не устраивал. Пришлось думать! И мне пришла в голову идея использовать для этой цели компьютер, а точнее — звуковой редактор установленый на компе.

Звуковой редактор «Adobe Audition» у меня установлен давно для работы со звуком. Поэтому осталось придумать способ соединения двигателя с компом. Это вопрос был решён буквально в течение 1 минуты — ИК светодиодный приёмник! Полез в коробочку и достал светодиод, а также штеккер «мини джек». Нашёл кусок микрофонного кабеля и через 10 минут светодиодный датчик был готов! Сам диод я вклеил в клопачек от авторучки.

Кабель в сборе.

Для освещения ИК светодиодного датчика использовал фонарик. Тоже светодиодный.

Датчик приклеил кусочком скотча на носу модели, а фонарик просто держал рукой. Расстояние между датчиком и фонариком 5. ….7 см. Световой поток от фонарика освещает приёмный светодиод, а воздушный винт прерывает (модулирует) световой поток. В результате светодиод генерирует импульсы. Датчик подключается к микрофонному входу звуковой карты. Необходимое для работы светодиода напряжение обеспечивается конструкцией микрофонного гнезда звуковой карты. Любая звуковая карта рассчитана на работу в том числе и с электретным микрофоном, поскольку ему нужно напряжение питания + 5 Вольт. Поэтому это напряжение присутствует на центральном контакте
микрофонно гнезда и поступает на светодиод, что и обеспечивает его работу. В результате импульсы, возникающие при вращении воздушного винта, через микрофонный вход поступают на звуковую карту, а редактор «Adobe Audition» записывает всё это, как обычный звуковой файл.

Для измерения частоты вращения двигателя запись достаточно осуществить в течение нескольких секунд. Этого достаточно. Вот что мы увидим на экране в окне звукового редактора.

Прежде всего хочу отметить, что в самом низу Редактора имеется временная шкала, именно по ней и определяются обороты двигателя. В данном случае время записи составило 9 секунд. Стрелка показывает внизу окна Редактора временную шкалу. Теперь нужно укрупнить масштаб звукового файла. Чтобы не считаль имулься за одну секунду, (их долго считать), посчитаем их за отрезок времени 0,1 секунды, а потом умножим на 10. Вначале по временной шкале выбираем участок записи чуть более 0,5 секунды и растягиваем его на весь экран.

Выделеный участок ~ 0,5 сек растянут на весь экран. Временная шкала тоже растянулась.

Теперь на временной шкале выделяем отрезок времени ровно 0,1 сек — от 3,1 до 3,2 сек.

и тоже растягиваем его на весь экран. Теперь видно четкие импульсы, подсчитать которые не сложно.

Считаем импульсы в интервале времени 0,1 сек. — их 42 .

А теперь простая арифметика. Раз за 0,1 сек. имеем 42 импульса, значит за 1 сек. их от датчика поступило 420. А за 1 минуту 420 х 60 сек. = 25200 импульсов. Но так ка винт имеет 2 лопасти и дважды прерывает световой поток, результат нужно поделить на 2 и получим 12600 оборотов в минуту. Что и требовалось определить. В случае 3х лопастного винта результат делим на 3. В случае 4х лопастного винта делим на 4. Такой необычный тахометр — синтез ИК диода, компа и звукового редактора меня вполне удовлетворил! А вопрос приобретения «железного» тахометра в магазине,
у меня отпал сам собой. И от приобретения отказался.
На полетах в поле тахометр мне не нужен, а дома комп и кабель со светодиодом всегда под рукой.
Думаю, что не у всех коллег дома уже имеется тахометр, а вот замерить обороты двигателя хочется! В таком случае мой опыт, надеюсь, товарищам пригодится. «Adobe Audition» можно бесплатно скачать отсюда http://www.fayloobmennik.net/2293677 . Можно использовать и другой звуковой редактор, кому что нравится. Мой звуковой файл этого теста двигателя, записаный Редактором лежит тут . В данной статье я хотел показать, что при необходимости, если сильно захотеть, в большинстве случаев, которые возникают у нас, моделистов, можно придумать достойную замену необходимому, но отсутствующему, прибору. Надеюсь, китайские товарищи на меня не в обиде.

Что определяет скорость вращения двигателя?

Электродвигатели отличаются разнообразием и широким диапазоном типоразмеров. Существуют двигатели с дробной мощностью (л.с.) для небольших бытовых приборов и двигатели с тысячами л.с. для тяжелого промышленного использования. Другие характеристики, указанные на паспортных табличках двигателей, включают их входное напряжение, номинальный ток, энергоэффективность и скорость в об / мин.

Скорость вращения электродвигателя зависит от двух факторов: его физической конструкции и частоты (Гц) источника питания.Инженеры-электрики выбирают скорость двигателя в зависимости от потребностей каждого приложения, подобно тому, как механическая нагрузка определяет требуемую мощность.

Убедитесь, что в вашем здании есть подходящий электродвигатель для каждого применения.

Как частота напряжения соотносится со скоростью двигателя

В зависимости от страны источник питания будет иметь частоту 60 Гц или 50 Гц. Хотя трехфазный двигатель будет вращаться с обоими входами мощности, возникнут проблемы с производительностью, если двигатель указан для одной частоты и будет использоваться с другой.

Поскольку источник напряжения 60 Гц переключает полярность на 20% быстрее, чем источник питания 50 Гц, двигатель, рассчитанный на 50 Гц, будет вращаться на 20% выше оборотов в минуту. Крутящий момент двигателя остается относительно постоянным, а более высокая скорость приводит к более высокой мощности на валу. Двигатель также выделяет больше тепла, но охлаждающий вентилятор также ускоряется вместе с валом, помогая отводить лишнее тепло. Двигатель также имеет тенденцию потреблять больше реактивного тока, что снижает его коэффициент мощности.

Подключение двигателя 60 Гц к источнику питания 50 Гц — более тонкий вопрос.Снижение скорости при том же напряжении может привести к насыщению магнитопровода двигателя, увеличению тока и перегреву агрегата. Самый простой способ предотвратить насыщение — снизить входное напряжение, и в идеале соотношение В / Гц должно оставаться постоянным:

• Двигатель 60 Гц, работающий при 50 Гц, составляет 83,3% от номинальной частоты.
• Чтобы поддерживать постоянное соотношение В / Гц, входное напряжение также следует снизить до 83,3%.
• Если электродвигатель обычно работает при 240 В и 60 Гц, входное напряжение при 50 Гц должно быть 200 В, чтобы соотношение составляло 4 В / Гц.

Электропроводка двигателя и количество полюсов

Постоянный магнит имеет два полюса, но двигатели могут быть подключены так, чтобы их магнитное поле имело большее количество полюсов. Двухполюсный двигатель совершает полный оборот с одним изменением полярности, в то время как четырехполюсный двигатель вращается только на 180 ° с одним переключателем полярности. Чем больше полюсов, тем ниже скорость двигателя: если все остальные факторы равны, 4-полюсный электродвигатель будет вращаться со скоростью, вдвое меньшей, чем 2-полюсный электродвигатель.

• Источник питания 60 Гц меняет полярность 60 раз в секунду, а двухполюсный двигатель будет вращаться со скоростью 3600 об / мин при подключении к этому источнику. Четырехполюсный двигатель будет вращаться только со скоростью 1800 об / мин.
• Для двигателей с частотой 50 Гц скорость составляет 3000 об / мин при 2 полюсах и 1500 об / мин при 4 полюсах.

Эту концепцию можно резюмировать следующим уравнением:

Используя это уравнение, 4-полюсный двигатель с частотой 60 Гц имеет скорость 1800 об / мин, а 6-полюсный двигатель с частотой 50 Гц имеет скорость 1000 об / мин. Однако на самом деле это скорость магнитного поля, называемая синхронной скоростью, которая не всегда равна скорости вала.

• В синхронном двигателе , ротор использует постоянный магнит или электромагнит для вращения с расчетной скоростью.
• С другой стороны, асинхронный двигатель будет работать немного ниже расчетной скорости вращения. Так работает электромагнитная индукция, и ее не следует рассматривать как неисправность.

Если электродвигатель имеет паспортную скорость 1800 об / мин, можно сделать вывод, что это 4-полюсный синхронный двигатель, рассчитанный на 60 Гц. С другой стороны, если скорость на паспортной табличке имеет меньшее значение, например 1760 об / мин, это асинхронный двигатель.

Преобразователь частоты может управлять скоростью двигателя, регулируя входную частоту, как следует из его названия. ЧРП также может модулировать напряжение, чтобы поддерживать соотношение В / Гц ниже точки, в которой магнитный сердечник насыщается. Благодаря этой функции частотно-регулируемый привод не повреждает двигатель, даже если скорость снижается ниже значения, указанного на паспортной табличке. Основным недостатком частотно-регулируемых приводов являются гармонические искажения, поскольку они являются нелинейными нагрузками, но это можно компенсировать с помощью фильтров гармоник.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — прикладное промышленное электричество

После внедрения Эдисоном в США системы распределения электроэнергии постоянного тока начался постепенный переход к более экономичной системе переменного тока. Освещение работало как на переменном, так и на постоянном токе. Передача электрической энергии на более длинные расстояния с меньшими потерями на переменном токе. Однако у двигателей была проблема с переменным током. Первоначально двигатели переменного тока были сконструированы как двигатели постоянного тока, но возникли многочисленные проблемы из-за изменения магнитных полей.

Чарльз П. Стейнмец внес свой вклад в решение этих проблем, рассмотрев гистерезисные потери в железной арматуре. Никола Тесла представил совершенно новый тип двигателя, когда он представил вращающуюся турбину, вращающуюся не водой или паром, а вращающимся магнитным полем. Его новый тип двигателя, асинхронный двигатель переменного тока, по сей день является рабочей лошадкой в ​​отрасли. Его прочность и простота обеспечивают долгий срок службы, высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы.Тем не менее, небольшие щеточные электродвигатели переменного тока, аналогичные разнообразным электродвигателям постоянного тока, сохраняются в небольших приборах вместе с небольшими асинхронными электродвигателями Tesla. Выше одной лошадиной силы (750 Вт) царит мотор Tesla.

Современные твердотельные электронные схемы приводят в действие бесщеточные двигатели постоянного тока с помощью сигналов переменного тока, генерируемых источником постоянного тока. Бесщеточный электродвигатель постоянного тока, фактически электродвигатель переменного тока, заменяет обычный щеточный электродвигатель постоянного тока во многих приложениях. И шаговый двигатель , цифровая версия двигателя, приводится в движение прямоугольными волнами переменного тока, опять же генерируемыми твердотельной схемой.На рисунке выше показано генеалогическое древо двигателей переменного тока, описанных в этой главе.

Круизные лайнеры и другие крупные суда заменяют карданные валы с редукторами большими многомегаваттными генераторами и двигателями. Так было с тепловозами меньшего масштаба в течение многих лет.

На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и тока, преобразуя ее в механическую работу. К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электроэнергии теряется на тепло, другой вид энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя. Тепло — нежелательный побочный продукт этого преобразования. Его необходимо снимать с двигателя, так как это может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одна из целей — максимизировать КПД двигателя, уменьшая тепловые потери. Двигатели переменного тока также имеют некоторые потери, с которыми не сталкиваются двигатели постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.

Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными.Асинхронные двигатели пользуются популярностью из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей — это асинхронные двигатели.

Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году создал модель мощностью в половину лошадиных сил (400 Вт). Тесла продал права на производство Джорджу Вестингаузу за 65 000 долларов. Наиболее крупные (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленные двигатели многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько различных обмоток на полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими синусоидальными волнами со сдвигом во времени.На практике это две-три фазы. Крупные промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными. Под асинхронным двигателем мы подразумеваем, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, как трансформатор, в отличие от коллекторного двигателя постоянного тока с щеткой.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора, содержащего обмотки, подключенные к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже.Простой двухфазный асинхронный двигатель, представленный ниже, похож на двигатель мощностью 1/2 лошадиные силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.

Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующих фазам доступной электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя выше имеет 2 пары катушек, по одной паре для каждой из двух фаз переменного тока. Отдельные катушки пары соединены последовательно и соответствуют противоположным полюсам электромагнита.То есть одна катушка соответствует N-полюсу, другая — S-полюсу, пока фаза переменного тока не изменит полярность. Другая пара катушек ориентирована в пространстве под углом 90 ° к первой паре. Эта пара катушек подключена к переменному току, сдвинутому во времени на 90 ° в случае двухфазного двигателя. Во времена Теслы источником двух фаз переменного тока был двухфазный генератор переменного тока. Статор на рисунке выше имеет выступающих полюсов, явно выступающих полюсов, которые использовались в ранних асинхронных двигателях Tesla. Эта конструкция используется и по сей день для двигателей с малой мощностью (<50 Вт). Однако для более мощных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД будут иметь место, если катушки встроены в пазы, вырезанные в пластинах статора (рисунок ниже).

Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, пробитыми из листов электротехнической стали. Набор из них закреплен концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые кожухи.

На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазы статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Фактические обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Tesla 2-φ с явными полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях обмотка полюса разделена на идентичные катушки, вставленные во множество пазов меньшего размера, чем указано выше. Эта группа называется фазовой лентой (см. Рисунок ниже).Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля по полюсу. Это показано в разделе синхронного двигателя. В прорезях на краю стойки может быть меньше витков, чем в других прорезях. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.

Ключом к популярности асинхронного двигателя переменного тока является его простота, о чем свидетельствует простой ротор (рисунок ниже).Ротор состоит из вала, стального пластинчатого ротора и встроенной короткозамкнутой клетки из меди или алюминия , показанной на (b), снятой с ротора. По сравнению с якорем двигателя постоянного тока, здесь нет коммутатора. Это устраняет щетки, искрение, искрение, графитовую пыль, регулировку и замену щеток, а также повторную обработку коллектора.

Проводники в короткозамкнутой клетке могут быть перекошены, перекручены относительно вала.Несоосность пазов статора снижает пульсации крутящего момента. Сердечники ротора и статора состоят из пакета изолированных пластин. Пластины покрыты изолирующим оксидом или лаком для минимизации потерь на вихревые токи. Сплав, используемый в пластинах, выбран из соображений низких гистерезисных потерь.

Теория работы асинхронных двигателей

Краткое объяснение работы заключается в том, что статор создает вращающееся магнитное поле, которое волочит ротор. Теория работы асинхронных двигателей основана на вращающемся магнитном поле.Один из способов создания вращающегося магнитного поля — вращение постоянного магнита. Если движущиеся магнитные линии потока разрезают проводящий диск, он будет следовать за движением магнита. Линии магнитного потока, разрезающие проводник, будут индуцировать напряжение и, как следствие, ток в проводящем диске. Этот поток тока создает электромагнит, полярность которого противодействует движению постоянного магнита — Закон Ленца . Полярность электромагнита такова, что он притягивается к постоянному магниту.Диск следует с немного меньшей скоростью, чем постоянный магнит.

Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству линий магнитного потока, разрезающих диск, и скорости, с которой он разрезает диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни индуцированного тока, ни поля электромагнита, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет ниже скорости вращающегося постоянного магнита, так что линии потока, разрезающие диск, индуцируют ток, создают электромагнитное поле в диске, которое следует за постоянным магнитом. Если к диску приложена нагрузка, замедляющая его, будет развиваться больший крутящий момент, поскольку больше линий магнитного потока разрезают диск. Крутящий момент пропорционален скольжению , степени, в которой диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, создавая больший крутящий момент.В основе аналогового автомобильного вихретокового спидометра лежит принцип, проиллюстрированный выше. Когда диск удерживается пружиной, отклонение диска и иглы пропорционально скорости вращения магнита. Вращающееся магнитное поле создается двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, которые управляются токами, которые не совпадают по фазе на 90 °. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с диаграммами Лиссажу на осциллографах.

Смещенные по фазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу. На приведенном выше рисунке круговая диаграмма Лиссажу создается при подаче горизонтального и вертикального входных сигналов осциллографа с отклонением фазы синусоидальных волн на 90 °.Начиная с (a) с максимальным отклонением «X» и минимальным «Y», след перемещается вверх и влево в направлении (b). Между (a) и (b) две формы волны равны 0,707 Vpk при 45 °. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус круга между (a) и (b). Трасса перемещается в (b) с минимальным отклонением «X» и максимальным «Y». При максимальном отрицательном отклонении «X» и минимальном отклонении «Y» след переместится в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он переходит в (d), а затем обратно в (a), завершая один цикл.

На рисунке показаны две синусоидальные волны с фазовым сдвигом на 90 °, приложенные к отклоняющим пластинам осциллографа, расположенным под прямым углом в пространстве. Комбинация фазированных синусоидальных волн на 90 ° и отклонения под прямым углом дает двумерный узор — круг. Этот круг очерчен электронным лучом, вращающимся против часовой стрелки.

Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя

Скорость вращения вращающегося магнитного поля статора связана с количеством пар полюсов на фазу статора.На приведенном ниже рисунке «полная скорость» всего шесть полюсов или три пары полюсов и три фазы. Однако на каждую фазу приходится только одна пара полюсов. Магнитное поле будет вращаться один раз за цикл синусоидальной волны. В случае мощности 60 Гц поле вращается со скоростью 60 раз в секунду или 3600 оборотов в минуту (об / мин). При мощности 50 Гц он вращается со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 об / мин. 3600 и 3000 об / мин — это синхронная скорость двигателя. Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это определенно верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость сократится вдвое, потому что магнитное поле вращается в пространстве на 180 ° на 360 ° электрической синусоидальной волны.

Синхронная скорость определяется по формуле:

[латекс] N_s = \ frac {120 \ cdot f} {P} [/ латекс]

Где:

Н _с = Скорость магнитного поля (об / мин)

f = частота подаваемой мощности (Гц)

P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2

На приведенном выше рисунке «половинная скорость» четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц составляет: S = 120 · 50/4 = 1500 об / мин

Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, увлекает за собой ротор. Более длинное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, которые составляют трансформатор вторичный. Этот индуцированный ток ротора, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитное поле вращающегося статора взаимодействует с этим полем ротора.Поле ротора пытается выровняться с полем вращающегося статора. Результат — вращение ротора с короткозамкнутым ротором. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, сопротивления ветра или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако проскальзывание между ротором и полем статора синхронной скорости развивает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет скользить пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор работал с синхронной скоростью, не было бы потока статора, режущего ротор, не было бы тока, индуцированного в роторе, не было бы крутящего момента.

Крутящий момент в асинхронных двигателях

При первой подаче питания на двигатель ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N _s . Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N _s . Ток, индуцированный в закороченных витках ротора, является максимальным, как и частота тока, частота сети.По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой магнитный поток статора сокращает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N _s и фактической скоростью N ротора, или (N _s — N). Отношение фактического потока, разрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :

[латекс] s = \ frac {(N_s — N)} {N_s} [/ латекс]

Где:

Н _с = синхронная скорость

N = частота вращения ротора

Частота тока, наведенного в проводники ротора, равна только частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется по:

[латекс] f_r = s \ cdot f [/ латекс]

Где:

с = скольжение,

f = частота сети статора

Скольжение при 100% крутящем моменте обычно составляет 5% или меньше в асинхронных двигателях. Таким образом, для частоты сети f = 50 Гц частота наведенного тока в роторе:

f _r = S (f)
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.

Почему он такой низкий? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость вращения ротора на 5% меньше. Вращающееся магнитное поле режет ротор только с частотой 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора. Если ротор вращается немного быстрее при синхронной скорости, поток вообще не будет резать ротор, f _r = 0.

На приведенном выше графике показано, что пусковой крутящий момент, известный как крутящий момент заторможенного ротора (T _LR ), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T _FL ), безопасного продолжительного крутящего момента.Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175% от T _FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как , ток заторможенного ротора (I _LR ) составляет 500% от тока полной нагрузки (I _FL ), безопасного рабочего тока. Сила тока велика, потому что это аналог закороченной вторичной обмотки трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как тяговый момент . Это самое низкое значение крутящего момента, с которым когда-либо сталкивался пусковой двигатель.Когда ротор набирает 80% синхронной скорости, крутящий момент увеличивается со 175% до 300% крутящего момента полной нагрузки. Этот крутящий момент пробоя (T _BD ) происходит из-за большего, чем обычно, 20% скольжения. Сила тока в этот момент уменьшилась лишь незначительно, но после этого будет быстро уменьшаться. Когда ротор ускоряется с точностью до нескольких процентов от синхронной скорости, как крутящий момент, так и ток значительно уменьшаются. При нормальной работе скольжение будет составлять всего несколько процентов. Для работающего двигателя любой участок кривой крутящего момента ниже 100% номинального крутящего момента является нормальным.Нагрузка двигателя определяет рабочую точку на кривой крутящего момента. В то время как крутящий момент и ток двигателя могут превышать 100% в течение нескольких секунд во время запуска, продолжительная работа выше 100% может привести к повреждению двигателя. Любая крутящая нагрузка двигателя, превышающая крутящий момент пробоя, приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю в условиях нагрузки «без механического крутящего момента». Это условие аналогично разомкнутому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, которые значительно отличаются от кривой крутящего момента, приведенной выше.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T _LR ) для двигателей различных конструкций и размеров составляет от 60% до 350% момента полной нагрузки (T _FL ). Пусковой ток или ток заторможенного ротора (I _LR ) может находиться в диапазоне от 500% до 1400% от тока полной нагрузки (I _FL ). Этот потребляемый ток может вызвать проблемы с запуском больших асинхронных двигателей.

Классы двигателей NEMA и IEC

Различные стандартные классы (или конструкции) двигателей, соответствующие кривым крутящего момента (рисунок ниже), были разработаны для лучшего управления нагрузками различных типов.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила классы двигателей A, B, C и D для удовлетворения этих требований к приводам. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (IEC) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.

Характеристики для проектов NEMA

Все двигатели, за исключением класса D, работают со скольжением 5% или менее при полной нагрузке.

• Класс B (IEC Class N) Двигатели используются по умолчанию в большинстве приложений.При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% от FLT он может запускать большинство нагрузок без чрезмерного пускового тока (LRT). КПД и коэффициент мощности высокие. Обычно он приводит в действие насосы, вентиляторы и станки.
• Класс A пусковой момент такой же, как у класса B. Отпускаемый момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
• Класс C (IEC Class H) имеет более высокий пусковой момент, чем классы A и B при LRT = 200% от FLT.Этот двигатель применяется для тяжелых пусковых нагрузок, которые необходимо приводить в действие с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
• Класс D Двигатели имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Высокое скольжение приводит к более низкой скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с переменной скоростью, например с маховиком для аккумулирования энергии. Применения включают пробивные прессы, ножницы и подъемники.
• Класс E Двигатели — это более эффективная версия класса B.
• Класс F Двигатели имеют гораздо более низкие LRC, LRT и крутящий момент, чем у класса B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности от линии электропередачи. Коэффициент мощности больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателей может достигать 90% для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности малых тихоходных двигателей может составлять всего 50%. При запуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, увеличиваясь по мере достижения ротором скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротора) к первичной обмотке (статору). Таким образом, в линии электропередачи присутствует реактивная нагрузка до 10% коэффициента мощности. Когда ротор нагружен, возрастающая резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.

КПД асинхронного двигателя

Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера, и почти все однофазные двигатели. КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. Эффективность малонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкая, потому что большая часть тока связана с поддержанием намагничивающего потока. Когда нагрузка крутящего момента увеличивается, больше тока потребляется для создания крутящего момента, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается фиксированным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при FLT 50% и снижается еще на несколько процентов при FLT 25%. Эффективность становится низкой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Индукционные двигатели обычно имеют завышенные размеры, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может быть запущена и приведена в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружен менее 75% номинального крутящего момента, когда КПД достигает пика, КПД страдает лишь незначительно до 25% FLT.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей в конце 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронный двигатель с неполной нагрузкой менее эффективен и имеет более низкий коэффициент мощности, чем двигатель с полной нагрузкой. Таким образом, можно сэкономить энергию в частично загруженных двигателях, в частности, в двигателях 1-φ. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно фиксирована по отношению к изменениям нагрузки.Хотя в полностью загруженном двигателе экономить нечего, напряжение на частично загруженном двигателе может быть уменьшено, чтобы уменьшить энергию, необходимую для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и эффективность. Это была хорошая концепция для заведомо неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокого КПД (90% +) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95% по-прежнему имеет КПД 94% при 50% крутящем моменте при полной нагрузке (FLT) и 90% КПД при 25% FLT.Потенциальная экономия энергии при переходе от 100% FLT к 25% FLT составляет разницу в эффективности 95% — 90% = 5%. Это не 5% мощности при полной нагрузке, а 5% мощности при пониженной нагрузке. Корректор коэффициента мощности Nola может быть применим к 3-фазному двигателю, который большую часть времени простаивает (ниже 25% FLT), например к пробивному прессу. Срок окупаемости дорогостоящего электронного контроллера был оценен как непривлекательный для большинства приложений. Хотя он может быть экономичным в составе электронного пускателя двигателя или регулятора скорости.Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если это привод

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока

Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если он приводится в движение крутящим моментом, превышающим 100% синхронной скорости (рисунок ниже). Это соответствует нескольким% «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор продвигается на 1% быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора. Обычно он отстает в двигателе на 1%.Поскольку ротор разрезает магнитное поле статора в противоположном направлении (впереди), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.

Такой индукционный генератор должен возбуждаться «живым» источником мощностью 50 или 60 Гц. В случае сбоя в электроснабжении энергокомпании выработка электроэнергии невозможна. Этот тип генератора не подходит в качестве резервного источника питания.Преимущество ветряного генератора вспомогательной энергии состоит в том, что он не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это безотказно.

Небольшие удаленные (от электросети) установки могут быть выполнены с самовозбуждением путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если снять нагрузку, остаточный магнетизм может вызвать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор достигает полной скорости, ток увеличивается, чтобы подать ток намагничивания на статор.В этот момент может быть приложена нагрузка. Слабое регулирование напряжения. Асинхронный двигатель может быть преобразован в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.

Процедура запуска заключается в доведении ветряной турбины до скорости в двигательном режиме путем подачи на статор нормального напряжения линии электропередачи. Любая вызванная ветром скорость турбины, превышающая синхронную, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель представляет отстающий коэффициент мощности для линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока представляет собой ведущий коэффициент мощности. Индукционные генераторы не используются широко на обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины является постоянной и регулируемой в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.

Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и скорость ветра может изменяться порывами. Асинхронный генератор лучше справляется с этими колебаниями из-за собственного проскальзывания.Это меньше нагружает зубчатую передачу и механические компоненты, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, индукционный генератор, подключенный к прямой линии, считается ветряной турбиной с фиксированной скоростью (см. Асинхронный генератор с двойным питанием для истинного генератора переменного тока с регулируемой скоростью). Несколько генераторов или несколько обмоток на общем валу можно переключать для обеспечения высокой и низкой скорости, чтобы приспособиться к переменным ветровым условиям.

Асинхронные двигатели с несколькими полями

могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям вращения 1800 и 900 об / мин.Подать питание на то или иное поле менее сложно, чем на повторное подключение катушек статора.

Если поле сегментировано с выведенными выводами, оно может быть изменено (или переключено) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5 ° переключаются на сегменты 45 °. Для ясности выше показана только проводка для одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеуказанного двигателя 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 до 3600 об / мин.

Q: Если двигатель приводится в движение частотой 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?

А:

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {4} [/ latex] [latex] = 1500 об / мин (4-полюсный) [ / латекс]

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {2} [/ latex] [latex] = 3000 об / мин (2-полюсный) [ / латекс]

Асинхронные двигатели с переменным напряжением

Скорость малых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких применений, как приводные вентиляторы, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения.Это снижает крутящий момент, доступный нагрузке, что снижает скорость (см. Рисунок ниже).

Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях

Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя сетевую частоту 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также снижает реактивное сопротивление X _L , что увеличивает ток статора.Это может привести к насыщению магнитной цепи статора с катастрофическими последствиями. На практике напряжение на двигателе необходимо уменьшать при уменьшении частоты.

И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако необходимо увеличить напряжение, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на уровне нормального значения и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с помощью выходов с широтно-импульсной модуляцией.Это прерывистый сигнал, который может быть включен или выключен, высокий или низкий, процент времени включения соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.

Когда для управления асинхронным двигателем применяется электроника, становится доступно множество методов управления, от простых до сложных:

• Скалярное управление: Описанный выше недорогой метод управления только напряжением и частотой без обратной связи.
• Векторное управление: Также известно как векторное управление фазой.Компоненты тока статора, создающие магнитный поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в реальном времени для улучшения кривой крутящего момента двигателя. Это требует больших вычислений.
• Прямое управление крутящим моментом: Продуманная адаптивная модель двигателя обеспечивает более прямое управление магнитным потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменения нагрузки.

• Многофазный асинхронный двигатель состоит из многофазной обмотки, встроенной в многослойный статор, и проводящей короткозамкнутой клетки, встроенной в многослойный ротор.
• Трехфазные токи, протекающие внутри статора, создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток и, следовательно, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
• В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели самозапускаются.
• Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию питания, обеспечивая при этом больший пусковой крутящий момент, чем требуется во время работы.Снижение линейного тока Пускатели требуются только для больших двигателей.
• Трехфазные двигатели при запуске будут работать от однофазных.
• Статический преобразователь фазы — это трехфазный двигатель, работающий на одной фазе без нагрузки на вал, генерирующий трехфазный выходной сигнал.
• Несколько обмоток возбуждения можно перемонтировать для работы с несколькими дискретными скоростями двигателя, изменив количество полюсов.

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запускается самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

Одинарная катушка однофазного двигателя

Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c. При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d.Сумма этих двух векторов — это вектор, стационарный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет испытывать скольжение на 200-10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую короткозамкнутую клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичных для многофазных асинхронных двигателей.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными друг от друга на 90 ° , электрический, питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 ° . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.

Этот тип двигателя подвержен увеличению величины тока и сдвигу во времени назад, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (импеданс) оставался небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте этой главы.

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют менее сложных для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает обороты. Кроме того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в двигателе с разделенной фазой сопротивления, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.В результате для таких тяжелых нагрузок, как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового момента, но после запуска оставляют конденсатор меньшей емкости на месте, чтобы улучшить рабочие характеристики, не потребляя при этом чрезмерного тока.Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.

Пусковой конденсатор двигателя может быть неполярным электролитическим конденсатором с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например, при запуске двигателя. Конденсатор для работы двигателя должен иметь не электролитическую конструкцию, а полимерный конденсатор с более низкими потерями.

Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением

Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, меньший провод размещен под углом 90 ° к главной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает умеренный пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.

Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время пуска, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы возникает из-за тока намагничивания, необходимого для статора. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя при уменьшении нагрузки двигателя.При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и КПД. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью нагруженного двигателя нет экономии, поскольку требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при напряжении более 104 В переменного тока, например, при работе холодильника на 117 В переменного тока. Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение в сети, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как на пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации. За него должно быть втрое легче платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Резюме: Однофазные асинхронные двигатели

• Однофазные асинхронные двигатели не могут запускаться самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка необязательна.
• Вспомогательная обмотка конденсаторного двигателя с постоянным разделением каналов имеет конденсатор, включенный последовательно с ней во время пуска и работы.
• Асинхронный двигатель с конденсаторным запуском имеет только конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой во время запуска.
• Конденсаторный двигатель обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
• Вспомогательная обмотка двигателя с сопротивлением с разделенной фазой развивает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска из-за разницы в сопротивлении.

Электродвигатель | Британника

Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе.Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть подключены по схеме «звезда», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, или по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.