Крутящий момент электродвигателя – Основные показатели двигателя: мощность, крутящий момент, расход

Содержание

Выбор электродвигателя

Электродвигатель главная движущая сила электропривода. О том, какой электродвигатель выбрать для прямоходных механизмов рассказывается в этой статье

Вид электромеханизма Тип двигателя в комплектации
ATL 10, BSA 10

АС 1-фазный, АС 3-х фазный, DS 24/12 B

с тормозом и без

ATL 20-25-30-40

BSA 20-25-30-40

АС 1-фазный, АС 3-х фазный, DS 24/12 B

с тормозом и без

ATL 50-63-80

BSA 50-63-80

АС 3-х фазный

с тормозом и без

UAL 0 UBA 0 DS 24 B 12 B с тормозом и без

UAL 1-2-3-4

UBA 1-2-3-4

АС 1-фазный, АС 3-х фазный, DS 24/12 B

с тормозом и без

Основные технических характеристики

Перед выбором электродвигателя важно понимать следующие физические характеристики:

Номинальная мощность — механическая мощность, измеряемая на валу, выражается в единицах измерения Ватт или КилоВатт. Однако в некоторой продукции мощность исчисляют лошадинными силами. 
Номинальное напряжение — напряжение, которое должно подаваться на клеммы электродвигателя, в соответсвии со спецификациями.

Статический крутящий момент (пусковой крутящий момент) — минимальный крутящий момент, который двигатель может обеспечить, с ротором при холостом ходе и при номинальной подаче напряжения частоты.

Промежуточный крутящий момент — минимальное значение крутящего момента, который развивается от питания двигателя с номинальным напряжением и частотой, от 0 об/мин до скорости, соответствующей максимальному крутящему моменту.

Максимальный крутящий момент — максимальный момент, который двигатель может развить во время эксплуатации с номинальной подачей напряжения и частоты.

Номинальный крутящий момент — крутящий момент соответствует номинальной мощности и номинальному количеству оборотов.

Номинальный крутящий момент рассчитывается по формуле:

Pn — номинальная мощность, кВт

n- номинальное количество оборотов, об/мин

Синхронная частота вращения, вычисляется по след. формуле:

f — подача частоты, Гц
р — количество пар полюсов

Диаграмма крутящих моментов

Условия эксплуатации

Влажность — электрооборудование должно эксплуатироваться при относительной влажности от 30% до 90% (без конденсации)

Необходимо исключить негативные последствия от случайного конденсата с помощью защищенного корпуса электрооборудования или, если необходимо, посредством дополнительных мер (например, встроенного нагревательного оборудования или системы кондицинирования, дренажных отверстий).

Высота и температура указаные в каталоге мощности предназначены для регулярного использования на высоте ниже 1000 м. над уровнем моря и при комнатной температуре от +5 оС до +40оС для двигателей с номинальной мощностью ниже 0,6 кВт, или при температуре от -15 оС до 40 оС для двигателей с номинальной мощностью, равной или превышающей 0,6 кВт. При других условиях эксплуатации (большей высоте и или температуре) значения изменяются в соответсвии с коэффициентом, указанным на графике.

Двигатели трехфазные или однофазные имеют направление движения по часовой стрелке. Против часовой — по запросу.

Напряжение — Частота: максимальное изменение подачи напряжения +/-10%. С этим допуском двигатели подают номинальную мощность. При долгосрочной эксплуатации с данными ограничениями возможно повышение температуры на 10 градусов С. Стандартная обмотка рассчитана на напряжение 230/400В и частоту 50 Гц. По запросу возможны другие значения напряжения частоты.

Частота вращения — крутящий момент: за исключением исполнения с четырьмя полюсами, двигатели имеют стандартное исполнение. Не рекомендуется использовать крутящие моменты выше номинального.

Обмотка статора выполняется из эмалированного медного провода (класс Н, 200 градусов), с измененными полиамидоэфирами полиамидами.
Класс изоляции F имеет пропитку полимерами, что обеспечивает высокую степень защиты от электростатического напряжения и механических нагрузок. Обмотка плотная, без воздушных мешков и с высокой степенью теплопередачи. Другие материалы из которых делается массовое производство обмоток имеют класс изоляции В, но по запросу мы ставим класс Н.

Двигатели тропического и морского исполнения: высокая степень защиты, которая используется для моторов, эксплуатирующихся в условиях тропического климата с высокой степенью влажности и неблагоприятных условиях эксплуатации обмотка покрывается слоем высококачественого глицерофталика, который имеет превосходные защитные характеристики.

Марка Фото Тип Напряжение и частота Диапазон габаритов и мощностей Примечания
М   Асинхронные трехфазные электродвигатели общепромышленного исполенения 

В/Гц: 230/400/50 +/- 10%В

В/Гц: 266/460/60 +/- 10%В

Об/мин.: 3000/1500/1000/750

Габарит, мм: 50-160

Мощность, кВт: 0,02-18,7

Размеры 71-160 адаптированы для использования

с регулятором частоты. Вентилятор на валу, класс защиты IP 55F

DP   Асинхронные трехфазные многоскоростные электродвигатели

В/Гц: 400/50 +/- 10%В

Об./мин.: 3000/1500, 1500/1000, 1500/750,

3000/1000, 3000/750, 1000/750, 3000/750

Габарит, мм: 63-160

Мощность, кВт: 0,06-18,7

Вентилятор на валу электродвигателя, класс защиты IP55F
MQ    Асинхронные трехфазные электродвигатели с квадратным кожухом

В/Гц: 230/400/50 +/- 10%В

В/Гц: 266/460/60 +/- 10%В

Об./мин.:1500

Габарит, мм: 63-90

Мощность, кВт: 0,18-1,5

Размеры 80-90 адаптированны для использования с регулятором частоты.

Вентилятор на валу, класс защиты IP55F

MM    Асинхронные однофазные электродвигатели с встроенным конденсатором

 В/Гц: 230/50 +/- 5%В

Об/мин.: 3000/1500/1000

Габарит, мм: 50-100

Мощность, кВт: 0,045 — 2,2

Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Поставка с встроенным

или пристыкованным конденсатором.

MDC

MDV

 

 Асинхронные однофазные электродвигатели с центробежным выключателем

с реле выключения подачи напряжения

 В/Гц: 230/50 +/- 5%В

Об./мин.:3000/1500/1000

Габарит, мм: 63-100

Мощность, кВт: 0,187 — 2,2

Принудительная вентиляция. Класс защиты IP55F. Поставка с встроенным или

пристыкованным конденсатором. Центробежный выключатель. Встроенное реле подачи/отключения напряжения

MDE   Асинхронные однофазные электродвигатели с встроенным электронным реле

 В/Гц: 230/50 +/- 5%В

Об/мин: 3000/1500/1000

Габарит, мм: 63-100

Мощность, кВт: 0,187 — 2,2

Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Поставка с встроенным или пристыкованным конденсатором. 

Снабжены электронным пусковым реле.

 МА   Асинхронные трехфазные электродвигатели с тормозом

В/Гц: 230/400/50 +/- 10%В

В/Гц: 266/460/60 +/- 10%В

Об/мин.: 3000/1500/1000/750

Габарит, мм: 55-160

Мощность, кВт: 0,02 — 18,7

Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна

поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.

 MADP   Асинхронные трехфазные многоскоростные электродвигатели с тормозом

В/Гц: 400/50 +/- 10%В

Об./мин.: 3000/1500, 1500/1000, 1500/750,

3000/1000, 3000/750, 1000/750, 3000/500

Габарит, мм: 63-160

Мощность, кВт: 0,06 — 18,7

Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна

поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.

 MMA   Асинхронные однофазные электродвигатели с тормозом

 В/Гц: 230/50 +/- 5%В

Об/мин.: 3000/1500/1000

Габарит, мм: 50-100

Мощность, кВт: 0,09 — 2,2

Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна

поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.

MADV

MADC

 

Асинхронные однофазные электродвигатели с центробежным выключателем

с реле выключения подачи напряжения с тормозом

В/Гц: 230/50 +/- 5%В

Об/мин.: 3000/1500/1000

Габарит, мм: 63-100

Мощность, кВт: 0,187 — 2,2

Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна

поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.

MADE

 

Ассинхронные однофазные электродвигатели с встроенным электронным реле

с тормозом

В/Гц: 230/50 +/- 5%В

Об/мин.: 3000/1500/1000

Габарит, мм: 63-122

Мощность, кВт: 0,187 — 2,2

Вентилятор на валу. Класс защиты IP55F. Класс защиты тормоза IP44, по запросу IP55. Возможна

поставка с двойным тормозом и с ручным растормаживанием.

MV

 

Электродвигатели с векторным управлением (Серводвигатели)

Однофазная сеть:

В/Гц: 230/50-60 +/-10% В

Трехфазная сеть:

В/Гц: 400/50-60 +/-10% В

Об/мин.: 3000

Габарит, мм: 63 — 160

Момент, Н*м: 2,6 — 42

Сохранение момента при частоте вращения от 0 до максимальной. Высокая точность позиционирования.

Программирование через пульт или компьютер

MVC

MVS

 

Электродвигатели с встроенными энкодерами

Однофазная сеть:

В/Гц: 230/50-60 +/-10% В

Трехфазная сеть:

В/Гц: 400/50-60 +/-10% В

Об/мин.: 3000

 

Габарит, мм: 63 — 160

Момент, Н*м: 2,6 — 160

Сохранение момента при частоте вращения  от 0 до максимальной. Высокая точность позиционирования.

Принудительная вентиляция

MII

 

Электродвигатели с встроенными регуляторами частоты вращения

Однофазная сеть:

В/Гц: 230/50-60 +/- 10% В

Трехфазная сеть:

В/Гц: 400/50-60 +/-10% В

Количество полюсов: 2/4/6

Габарит, мм: 71 — 112

Момент, кВт: 0,12 — 4

Недорогой вариант электродвигателя с частотным управлением. Принудительная вентиляция Встроенный тормоз,

устройство тепловой защиты. Дистанционное управление.

 

 

 

Просмотров: 14703 | Дата публикации: Четверг, 13 июня 2013 05:41 |

Вращающий момент электродвигателя — Знаешь как

Вращающий момент электродвигателяВ двигателях постоянного тока вращающий момент определяется выражением М ≡ ФIя, т.е. он пропорционален потоку и току якоря. В асинхронном двигателе момент создается вращающимся потоком Ф и током ротора I2. Он может быть выражен

М ≡ ФI2 cos Ψ2.

Следовательно, момент пропорционален потоку и активной слагающей тока ротора I2 cos Ψ2, так как только активная слагающая тока определяет мощность, а значит и момент.

На рис. 10-20 представлена схема включения короткозамкнутого двигателя. Если пустить двигатель, включив рубильник 1, то в первый момент пуска, когда п2 = 0, a = 1, наведенная в роторе э. д. с. Е2 и пусковой ток I2п максимальны. Однако, пусковой момент Мп не будет максимальным, а в 2—2,5 раза меньше максимального. Векторная диаграмма для цепи ротора (рис. 10-21), построенная подобно изображенной на рис. 9-9, показывает причину этого.

Рис 10-20. Схема включения короткозамкнутого асинхронного двигателя.

Обычно в роторе х2 во много раз больше r2 и угол Ψ2, на который ток I2п отстает от э. д. с. Е2 велик. Поэтому активная слагающая тока I2п cos Ψ2, а значит и пусковой момент Мп малы. В современных асинхронных двигателях Мп/Мп = 1 — 1,5, хотя I2пIн≈ 4,5—6,5.

Это же явление по другому объясняется на рис. 10-19 и 10-22.

Векторная диаграмма в цепи ротора

Рис. 10-21. Векторная диаграмма в цепи ротора. 

При описании принципа работы двигателя (рис. 10-19) было предположено, что ток I2 совпадает по фазе с э. д. с. Е2, т. е. что он активный (Ψ2 = 0). На рис. 10-22 представлен момент пуска, когда направление э. д. с. в проводах ротора соответствует обозначенному на рис. 10-19, а ток показан отстающим от э. д. с. на угол Ψ2. Тогда шесть проводов ротора (три под полюсом и три под полюсом S) создают усилия, действующие в направлении вращения потока, а два провода вызывают противодействующие усилия. В результате этого вращающий момент будет тем меньше, чем больше сдвиг фаз между током Iи э. д. с. E2.

Ток в роторе двигателя в момент пуска

Рис. 10-22. Ток в роторе двигателя в момент пуска.

По мере увеличения скорости вращения ротора реактивное сопротивление обмотки ротора x2s = x2уменьшается, а вместе с этим уменьшается угол Ψ2, так как сопротивление r2 ≈ const. Наступает такое положение (рис 10-21), когда при некотором скольжении sм ≈ 0,1—0,15 реактивное сопротивление x2становится равным активному r2, угол Ψ — 45° и э. д. с. E2s уравновешивает два равных падения напряжения I2r2 и I2x2s это время активная слагающая тока I2 cos Ψ2 и вращающий момент Мм становятся максимальными, несмотря на некоторое уменьшение тока I2.

Обычно Мм/Мм = 1,8—2,5 и называется способностью к перегрузкe.

При дальнейшем разгоне ротора x2s становится значительно меньшим, чем r2, им можно пренебречь и считать ток ротора активным (I2 ≈ I2 cos Ψ2). Так как E2s = E2тоже продолжает уменьшаться, то вместе с током I2 уменьшается и вращающий момент.

Максимальная скоростьn вращения будет при холостом ходе двигателя и тогда n2  n, a s ≈ 0. Зависимость вращающего момента от скольжения М = f (s) представлена на рис. 10-23.

Зависимость вращающего момента двигателя от скольжения

Рис. 10-23. Зависимость вращающего момента двигателя от скольжения.

Нормальная работа двигателя возможна только на участке кривой при скольжениях от нуля до sм, так как в этом случае при увеличении тормозного момента и значит s вращающий момент возрастает. На участке от s = sм до s = 1 работа двигателя неустойчива. Номинальный момент Мн соответствует обычно номинальному скольжению sн = 1—6%.

Поток Ф пропорционален напряжению U1, подводимому к трансформатору. Сказанное остается в силе и для асинхронного двигателя. Так как М ≡ ФI2 cos Ψ2, то можно написать, что

I2 cos Ψ2 ≡ E2s  Ф  U1

Отсюда можно сделать очень важный для асинхронных двигателей вывод

M ≡ U1U1 ≡U21

т. е. вращающий момент пропорционален квадрату подведенного к статору напряжения. Таким образом, падение напряжения в сети, например до 0,9 U, вызовет уменьшение момента до 0,9 • 0,9 Мн 0,81 Мни нагруженный двигатель может остановиться. Указанным обстоятельством и объясняется, частично, нормирование падения напряжения в распределительных сетях, питающих асинхронные двигатели.

Механическая характеристика двигателя

В практике потребителя часто интересует механическая характеристика двигателя

п2 = f (М) при U1 = const и f1 = const. Для удобства пользования по осям откладывают (n2/n1)100% и (М/Мн)100%.

Рис. 10-24. Механическая характеристика двигателя.

Эта характеристика получается простым перестроением рис, 10-23 и показана на рис. 10-24, где рабочая часть обозначена сплошной линией. Кривая 1 для двигателей нормального исполнения показывает, что асинхронный двигатель обладает жесткой характеристикой скорости, подобно двигателю постоянного тока параллельного возбуждения. Асинхронный двигатель с фазным ротором для регулирования скорости вращения, например для крановых и подъемных устройств, имеет более мягкую характеристику (кривая 2).

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Трехфазный ток I1протекая в трехфазной обмотке статора, создает н. F1, вращающуюся со скоростью п1= (f1•60)/p (рис. 10-4, 10-5). Трехфазный ток ротора I2 создает в трехфазной обмотке ротора н. с. F2вращающуюся вокруг ротора со скоростью п3 = (f1•60)/p . Сам ротор вращается в сто-

рону н. с. со скоростью n2. Тогда скорость вращения н. с F2 относительно статора равна:

п2 + п3 п2 +(f• 60)/p = n2 + (f1• 60)/p = n2 + n1s = n2 + n1((n1 — n2)/n1) = n1

Таким образом, обе н. с. Fи F2 вращаются с одной скоростью n1, друг относительно друга неподвижны и создают сообща вращающийся магнитный поток Ф. Следовательно, все приведенное на рис. 9-8 и 9-9 справедливо и для асинхронного двигателя.

Следует отметить, что благодаря воздушному зазору между ротором и статором ток холостого хода (рис. 9-7) двигателя очень велик (20—40)% I. Поэтому для улучшения cos φ1 сети двигатель необходимо нагружать полностью.

 

Статья на тему Вращающий момент электродвигателя

Выбор электродвигателя для промышленных применений

При выборе электродвигателя следует учитывать множество факторов, в том числе целевое назначение, требующиеся эксплуатационные и механические характеристики, а также предполагаемые внешние воздействия. Возможные варианты таковы: электродвигатель переменного тока, электродвигатель постоянного тока (рис. 1) или серводвигатель (шаговый электродвигатель). Конечный выбор в основном зависит от того, для какого промышленного изделия подбирается электродвигатель, и от наличия особых потребностей.

Рис. 1. Электродвигатели постоянного тока хорошо подходят для применения в изделиях с невысокой стоимостью, низкой частотой вращения ротора или постоянным крутящим моментом — например, таких, как этот ленточный транспортер

В зависимости от характера нагрузки это может быть электродвигатель с постоянной или переменной частотой вращения и мощностью. Крутящий момент и мощность определяются величиной нагрузки, необходимой частотой вращения, а также разгоном и торможением (особенно если они быстрые и/или частые). Кроме того, следует учитывать требования к регулированию частоты вращения и управлению положением ротора.

 

Типы нагрузок электродвигателей

Существует четыре типа нагрузок электродвигателей промышленной автоматики:

  • переменная мощность и постоянный крутящий момент;
  • переменный крутящий момент и постоянная мощность;
  • переменные мощность и крутящий момент;
  • управление положением ротора или регулирование крутящего момента.

К изделиям с переменной мощностью и постоянным крутящим моментом относятся транспортеры, краны и редукторные насосы. Крутящий момент у них постоянен, так как нагрузка не меняется. Требующаяся мощность может различаться в зависимости от типа изделия, поэтому хорошим выбором в этом случае будут электродвигатели постоянного тока с постоянной частотой вращения ротора.

Пример изделия с переменным крутящим моментом и постоянной мощностью — станок для перемотки бумаги. Скорость подачи материала постоянна, поэтому мощность не меняется. Нагрузка, однако, меняется по мере увеличения диаметра рулона. Для небольших систем такого рода хорошо подойдут электродвигатели постоянного тока или серводвигатели. Другой важный фактор в этом случае — энергия рекуперации, которую следует учитывать при выборе размера электродвигателя или метода регулирования мощности. В более крупных системах, возможно, целесообразнее будет использовать электродвигатели переменного тока с датчиками перемещений, регулирование с обратной связью и приводы, работающие в четырех квадрантах.

Для вентиляторов, центробежных насосов и мешалок требуются переменные мощность и крутящий момент. С увеличением частоты вращения ротора электродвигателя растет и мощность на нагрузке, а с нею требующиеся номинальная мощность и крутящий момент. При нагрузках такого типа начинает играть важную роль КПД двигателя. В подобных изделиях применяются электродвигатели переменного тока с инверторным управлением и частотно-регулируемые приводы.

В линейных приводах, которые должны обеспечивать точное перемещение во множество положений, требуется управление положением или регулирование крутящего момента ротора с малой погрешностью, а зачастую и обратная связь для проверки правильности положения. Для этих целей лучше всего подходят серводвигатели и шаговые двигатели, но наряду с ними часто применяются электродвигатели постоянного тока с обратной связью или электродвигатели переменного тока с инверторным управлением и датчиком перемещения, которые позволяют с малой погрешностью регулировать крутящий момент на металлургических и бумагоделательных линиях, а также в других аналогичных применениях.

 

Типы электродвигателей

Электродвигатели бывают двух основных разновидностей — переменного и постоянного тока, но они, в свою очередь, разделяются более чем на три десятка типов.

Несмотря на большое разнообразие, промышленные применения электродвигателей имеют между собой много общего, и под влиянием рыночных механизмов практический ассортимент типов электродвигателей в большинстве применений сузился. Шесть наиболее распространенных типов электродвигателей, которые можно использовать в подавляющем большинстве изделий, — это бесколлекторные и коллекторные электродвигатели постоянного тока, электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым и фазным ротором, серводвигатели и шаговые электродвигатели. Прочие типы электродвигателей применяются только в изделиях специального назначения.

 

Три основных типа изделий по режиму работы электродвигателя

Три основных типа изделий по режиму работы электродвигателя — это изделия с постоянной частотой вращения, переменной частотой вращения и управлением положением (или регулированием крутящего момента) ротора. В различных изделиях промышленной автоматики требуются разные режимы, и набор вопросов, на который приходится отвечать при выборе электродвигателя, может также различаться (рис. 2).

Асинхронный электродвигатель

Рис. 2. Асинхронные электродвигатели переменного тока часто выбирают для промышленных машин с вращательным движением рабочего органа

Например, если требующаяся максимальная частота вращения ротора меньше номинальной, может понадобиться редуктор. Возможно, для этой цели удастся подобрать более компактный электродвигатель, частота вращения ротора которого будет обеспечивать более высокий КПД. В Интернете есть большое количество информации о том, как выбирать электродвигатель по размеру, но пользователям необходимо принимать во внимание и другие факторы. Для расчета момента инерции нагрузки, крутящего момента и частоты вращения ротора требуется знать такие параметры, как полная масса и размер (радиус) нагрузки, а также коэффициент трения, потери на редукторе и цикл работы машины. Кроме того, во избежание перегрева электродвигателя необходимо учитывать изменение нагрузки, темп разгона или торможения и рабочий цикл изделия.

Определившись с типом и размером электродвигателя, пользователю нужно также учесть влияние внешних факторов и выбрать исполнение — например, открытое или в кожухе из нержавеющей стали для работы во влажной среде.

 

Выбор электродвигателя: три вопроса

Даже после того, как все эти решения приняты, пользователю необходимо ответить на следующие три вопроса, прежде чем сделать окончательный выбор.

Требуется ли постоянная частота вращения ротора?

В изделиях с постоянной частотой вращения ротора электродвигатель часто работает на приблизительно установленной частоте, а характеристики разгона и торможения роли практически не играют. В этом случае обычно применяется релейное управление с питанием непосредственно от сети. Цепи управления часто состоят из ответвления с предохранителем и контактором, устройства защиты от перегрузки при пуске и ручного регулятора электродвигателя или устройства плавного пуска.

Для изделий с постоянной частотой вращения ротора подходят электродвигатели переменного и постоянного тока. Электродвигатели постоянного тока обеспечивают номинальный крутящий момент при нулевой частоте вращения; этот тип электродвигателей очень популярен. Электродвигатели переменного тока — тоже хороший выбор, так как они характеризуются высоким коэффициентом мощности и нетребовательны в обслуживании. Серво­двигатель или шаговый двигатель с высокими эксплуатационными характеристиками был бы излишним для простого изделия.

Требуется ли переменная частота вращения ротора?

Изделия с переменной частотой вращения ротора обычно требуют изменения линейной скорости и частоты вращения с малой погрешностью, а также четко определенных характеристик разгона и ускорения. Уменьшение частоты вращения ротора в таких изделиях, как вентиляторы и центробежные насосы, часто позволяет повысить КПД за счет согласования мощности с нагрузкой вместо работы на максимальной частоте с пропорциональным регулированием или демпфированием. Это важно для конвейерных систем, например линий бутылочного розлива.

Электродвигатели как переменного, так и постоянного тока с приводами соответствующего типа эффективно работают в изделиях с переменной частотой вращения ротора. На протяжении длительного времени привод с электродвигателем постоянного тока был единственным вариантом для изделий с переменной частотой вращения ротора, и компоненты для этой комбинации хорошо отработаны и проверены временем. Даже сейчас электродвигатели постоянного тока широко применяются в маломощных (менее 1 л. с.) изделиях этого типа, а также оказываются полезными в изделиях с низкой частотой вращения ротора, так как обеспечивают номинальный крутящий момент на низкой частоте вращения и постоянный крутящий момент в широком диапазоне частот.

Слабой стороной электродвигателей постоянного тока может быть обслуживание, так как во многих из них для коммутации используются щетки, которые со временем изнашиваются от контакта с подвижными частями. Бесколлекторные электродвигатели постоянного тока свободны от этого недостатка, но дороже в приобретении, а их ассортимент — уже.

Избавлены от этой проблемы и асихронные электродвигатели переменного тока, а вкупе с частотно-регулируемым приводом (рис. 3) они позволяют получить более высокий КПД в изделиях мощностью более 1 л. с., таких как вентиляторы и насосы. Некоторые типы приводов предусматривают обратную связь по положению. Если этого требует характер изделия, можно дополнить электродвигатель датчиком перемещений и выбрать привод, использующий сигнал от этого датчика для обратной связи. Такая конфигурация может обеспечить такое же регулирование частоты вращения ротора, как в серводвигателе.

Асинхронный электродвигатель

Рис. 3. Сочетание электродвигателя постоянного тока с частотно-регулируемым приводом широко применяется для повышения КПД и эффективно работает в разнообразных изделиях с переменной частой вращения ротора

Требуется ли управление положением ротора?

Управление положением ротора электродвигателя с малой погрешностью обеспечивается путем непрерывной проверки его положения в процессе вращения. В изделиях, где требуется, например, задавать положение линейного привода, можно применять шаговый электродвигатель с обратной связью или без таковой, а также серводвигатель со встроенной обратной связью.

Шаговый электродвигатель предназначен для перемещения в заданное положение на умеренной скорости с последующим сохранением этого положения. Шаговый электродвигатель без обратной связи по положению обеспечивает весьма точное управление положением ротора, если правильно выбрать его размер, а также перемещение на точно заданное число шагов (если только он не столкнется с изменением нагрузки, превышающим его возможности).

С ростом требуемой частоты вращения и динамических нагрузок шаговый привод без обратной связи может уже не обеспечить нужных характеристик системы, и тогда понадобится шаговый привод с обратной связью или сервопривод.

Система с обратной связью обеспечивает точное высокоскоростное перемещение по заданному профилю и регулирование положения ротора. Серводвигатель обеспечивает больший крутящий момент на высоких частотах вращения в сравнении с шаговым электродвигателем, а также эффективнее работает в изделиях, характеризующихся высокими динамическими нагрузками или сложным характером перемещения.

Для быстрого и/или резкого перемещения с малым перерегулированием по положению момент инерции нагрузки должен быть как можно лучше согласован с моментом инерции серводвигателя. Рассогласование в пропорции до 10:1 приемлемо в некоторых применениях, но оптимальным является согласование 1:1.

Уменьшение частоты вращения посредством редуктора — оптимальный способ решить проблему рассогласования моментов инерции, поскольку момент инерции нагрузки обратно пропорционален квадрату передаточного отношения редуктора. При этом в расчетах необходимо учитывать момент инерции редуктора.

 

Знание особенностей изделия и электродвигателя

Производители предлагают широкий ассортимент электродвигателей для промышленных применений. Шаговые электродвигатели, серводвигатели, электродвигатели переменного и постоянного тока пригодны для использования в большинстве типов изделий промышленной автоматики, но оптимальный выбор электродвигателя зависит от характера изделия. Пользователям следует выбирать электродвигатель для своего изделия, учитывая, какой требуется режим работы — постоянная частота вращения, переменная частота вращения или управление положением ротора, — и в тесном взаимодействии с поставщиками электродвигателя и привода.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Что следует учитывать при выборе асинхронного электродвигателя

При выборе асинхронных электродвигателей переменного тока часто не учитываются требования к конструкции, которые связаны с их применением в составе того или иного оборудования. Также обычно имеет место подход, основанный на универсальности электродвигателя, и тогда выбор зависит только от его напряжения, мощности и скорости вращения ротора. Тем не менее есть еще целый ряд дополнительных аспектов для рассмотрения, таких как диапазон напряжения питания, сохранение номинальной мощности при изменении скорости вращения и область применения. Все это в итоге сводится к решению следующих вопросов: какова цель применения электродвигателя, как сделать все быстрее и эффективнее?

 

выбор асинхронного электродвигателяБазовые принципы выбора электродвигателя

Отправными точками для выбора асинхронного двигателя являются напряжение питания обмоток статора, создающего магнитное поле, а также номинальная мощность и скорость вращения ротора, которые соответствуют требованиям конкретного применения. Еще один, не менее важный момент — это необходимый вариант установки двигателя в приводе. Должен ли двигатель иметь крепление на основании, или он будет помещен на фланец на конце привода, или же должен предоставлять обе возможности? Кроме того, необходимо учитывать характеристики окружающей среды, в которой будет эксплуатироваться двигатель. При этом для выбора двигателя необходимо знать, потребуется ли ему работать под дождем и имеется ли вообще риск попадания на него воды, а также оценить уровень загрязнения и наличия пыли. Для эксплуатации в жестких условиях хорошо подходят электродвигатели закрытого типа с вентиляторным охлаждением (англ. totally enclosed fan cooled, TEFC) или электродвигатели закрытого типа без охлаждения (англ. totally enclosed non-vented, TENV). Если среда, в которой будет использоваться двигатель, не загрязнена и он будет эксплуатироваться без риска попадания на него воды, то в этом случае может быть достаточно применения каплезащищенного электродвигателя открытого исполнения (англ. open drip proof, ODP).

 

Выбор инвертора

Благодаря усилиям лоббистов местных энергетических компаний в сочетании с преимуществами, получаемыми при возможности регулирования скорости вращения ротора двигателей, все более распространенными становятся частотно-регулируемые приводы (ЧРП, англ. variable frequency drive, VFD). При их использовании особое внимание следует уделять генерации электромагнитных помех, которая характерна для таких приводов исходя из самой их природы. Для того чтобы электродвигатель мог использоваться с ЧРП, необходимо учитывать несколько технических особенностей, которым должен удовлетворять подходящий по остальным характеристикам электродвигатель. Среди них можно выделить две главные:

Максимально допустимое напряжение изоляции обмоточных проводов статора электродвигателя.

Электрическая прочность изоляции провода, из которого выполнена обмотка статора асинхронного электродвигателя, находится в пределах 1000–1600 В, но, как правило, в документации указывается значение прочности изоляции, равное 1200 В. Однако чем больше воздушный зазор между приводом и двигателем, тем, естественно, бо́льшим скачкам переходного напряжения, воздействующим на двигатель, он может противостоять. Электродвигатель, в котором для обмотки статора используется провод с электрической прочностью изоляции провода, равной 1600 В, может иметь ссылку на стандарт Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA, США) NEMA MG-1 2003, раздел 4, параграф 31, в котором говорится, что двигатель должен выдерживать без повреждений начальное напряжение коронного разряда (англ. corona inception voltage, CIV) уровнем до 1600 В.

Коэффициент сохранения постоянного крутящего момента (CT) двигателя, часто упоминается как «xx: 1 CT».

Этот показатель дает представление о диапазоне регулирования скорости. По нему можно узнать, насколько может быть снижена скорость вращения ротора двигателя, при которой он будет работать с сохранением того же крутящего момента (англ. CT — constant torque, постоянный крутящий момент), что и при номинальной скорости. Ниже этого значения крутящего момента производительность асинхронного электродвигателя снижается.

выбор асинхронного электродвигателяНапример, возьмем электродвигатель мощностью 10 л. с. с начальной скоростью 1800 об/мин. При номинальной скорости (около 1800 об/мин), как указано, он имеет крутящий момент 29 фунтов на фут. Если в спецификации на электродвигатель написано, что коэффициент сохранения номинальной мощности составляет 10:1 CT, это означает, что такой электродвигатель может обеспечить номинальный крутящий момент до скорости 180 об/мин. Если же указано, что электродвигатель имеет коэффициент сохранения номинальной мощности 1000:1 CT, то имеется в виду, что крутящий момент сможет сохранять номинальное значение до скорости 1,8 об/мин.

При этом необходимо учитывать еще один нюанс, который связан с охлаждением электродвигателя. Нужно обязательно уточнить у поставщика, будет ли электродвигатель перегреваться при длительной работе на малых оборотах. Дело в том, что если двигатель охлаждается за счет крыльчатки, закрепленной на его валу, то на малых скоростях вы столкнетесь с низкой скоростью охлаждающего двигатель потока воздуха. Если асинхронный электродвигатель работает на низкой скорости и в течение длительного времени используется с большим крутящим моментом, то он будет выделять много тепла — при таких условиях, возможно, придется остановить свой выбор на двигателе с иным методом охлаждения.

Например, для организации принудительного охлаждения можно применить воздуходувное устройство, имеющее собственный, отдельно управляемый двигатель. Производительность такого устройства не связана с системой управления электропривода. В этом случае воздушный поток, который обдувает мощный электродвигатель, будет постоянным и достаточным для его охлаждения при низкой или даже при нулевой скорости.

 

Связь мощности и крутящего момента

При выборе асинхронного электродвигателя еще одним важным аспектом является номинальная, или основная, скорость двигателя. Обычно используются двухполюсные (3600 об/мин) и четырехполюсные (1800 об/мин) электродвигатели. Однако имеются и коммерчески доступные 6-, 8- и 12-полюсные асинхронные электродвигатели со скоростью вращения ротора 1200, 900
и 600 об/мин соответственно. Номинальная скорость асинхронного электродвигателя напрямую связана с числом полюсов, которые такой двигатель конструктивно содержит (табл.), и определяется по следующей формуле:

Об/мин = (120 × частота) / N (число полюсов)

В качестве примечания необходимо отметить, что, хотя прямой связи здесь нет, но, как правило, с увеличением количества полюсов возрастают и размеры, а также стоимость электропривода.

Кроме того, пользователям электроприводов, в зависимости от области применения данных устройств, может понадобиться обеспечить необходимый крутящий момент путем изменения скорости. В целом по мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается, что также относится к редукторам и цепным приводам. Это соотношение объясняется следующим уравнением:

мощность (л. с.) = (крутящий момент × × номинальная скорость) / 5252

Крутящий момент, в соответствии с заданной целью, может быть достигнут путем выбора электродвигателя с необходимой мощностью и номинальной скоростью и реализован через любую цепную, ременную передачу или редуктор. Такой подход снижает стоимость привода, его габаритные размеры и время, уходящее на замену его подвижных заменяемых частей в ходе выполнения ремонта или технического обслуживания.

Таблица. Связь между числом полюсов, скоростью (об/мин) и крутящим моментом асинхронного электродвигателя

Число полюсов, N

Скорость, об/мин

Крутящий момент,
л. с. / фут-фунт

2

3600

1,46

4

1800

2,92

6

1200

4,38

8

900

5,84

10

720

7,29

12

600

8,75

Примечание. Как правило, увеличение числа полюсов приводит к увеличению габаритов, а следовательно, и к повышению стоимости привода на основе асинхронного электродвигателя

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Выбор оптимального типоразмера электродвигателя

Правильное определение типоразмера является важным аспектом выбора электродвигателя. Если параметры привода окажутся ниже необходимых, управление нагрузкой будет невозможно, что может привести к перегрузкам. Превышение необходимых параметров также нежелательно. Нагрузку можно будет контролировать, но система окажется массивнее и дороже с точки зрения закупочной стоимости и эксплуатационных расходов. Кроме того, привод может не подойти по массогабаритным характеристикам, что также приведет к дополнительным тратам.

Ошибочный подход

Зачастую поставщики оборудования получают запросы на двигатели определенной мощности. Как правило, заказчик руководствуется простой логикой — выбирает тот же типоразмер, что и у двигателя, подлежащего замене, при этом добавляет значительный коэффициент запаса и использует соотношение нагрузки и инерции системы к инерции двигателя 10 : 1 или 5 : 1. Однако более разумным является подход, когда параметры двигателя подбираются в зависимости от скорости, ускорения и крутящего момента, необходимых для нагрузки в конкретных условиях эксплуатации. При этом выбор коэффициента запаса должен быть обоснованным и опираться на предварительные расчеты.

Типичной ошибкой является покупка электродвигателя с постоянным крутящим моментом, равным максимально необходимому моменту для соответствующей области применения. Управление ходом нередко заключается в управлении кратковременным ускорением. Выбирая двигатель, рассчитанный на постоянный крутящий момент, вы фактически платите за привод большего типоразмера, чем тот, который вам необходим.

Определение параметров двигателя

Для определения номинальных параметров электродвигателя необходимо рассчитать инерцию нагрузки. Отношение инерции нагрузки к инерции двигателя (фактически инерция ротора) служит показателем того, насколько эффективно может контролироваться нагрузка привода. При высоком отношении крутящего момента к моменту инерции с управлением нагрузкой будут возникать трудности. Низкое отношение (например, 4:1 или 1:1) указывает на превышение типоразмера двигателя.

Цилиндро-конический мотор-редуктор серии KЧасто при выполнении расчетов инженеры учитывают значения фактической нагрузки редуктора и двигателя, но упускают из виду влияние на систему ремней, шкивов и других механических компонентов. Они либо просто подбирают более мощный двигатель следующего типоразмера, либо используют двигатель аналогичного типоразмера, но с более высоким крутящим моментом. В этом случае превышение типоразмера может достигать 10%.

Процесс выбора привода заключается в сборе данных и их последующем анализе. При этом необходимым условием является наличие сведений о механической системе, рабочих параметрах, режимах и условиях эксплуатации оборудования. Если эти данные не будут приняты во внимание, выбранный двигатель может оказаться непригодным для использования.

Основные параметры, которые необходимо учитывать при определении типоразмера:

  • максимальный пусковой момент
  • среднеквадратичный момент
  • максимальная скорость вращения
  • соотношение момента и скорости двигателя

Кроме того необходимо принимать во внимание режимы эксплуатации:

  • режим непрерывной нагрузки
  • режим переменной нагрузки

Разницу между этими режимами можно продемонстрировать на примере работы токарного станка. Главный привод станка эксплуатируется в режиме непрерывной нагрузки, поскольку работает с постоянной скоростью при постоянной нагрузке. Приводы подачи ускоряются и замедляются в целях обеспечения необходимой траектории хода инструмента (переменная нагрузка).

Напряжение, инерция, крутящий момент

Поскольку максимальная скорость двигателя зависит от напряжения питания, необходимо учитывать возможные падения напряжения в сети. Обычно номинальные параметры привода подбираются таким образом, чтобы обеспечить возможность его работы на максимальной скорости при 80%-ном напряжении питания. Если электропитание осуществляется от источника электроснабжения, чувствительного к кратковременному/длительному прекращению подачи энергии, необходимо позаботиться о защите двигателя, его контроллера и нагрузки. Особенно это касается микропроцессорных систем, которые при неправильной настройке могут без предупреждения вызывать блокировки или сбросы, приводящих к аварийным ситуациям.

В тех случаях, когда важны показатели ускорения, инерция двигателя должна быть сложена с инерцией отраженной нагрузки. Следует рассчитать крутящий момент, необходимый для ускорения этой суммарной инерции до необходимого уровня. Максимальный крутящий момент мотор-редуктора должен быть как минимум в 1,5-2 раза выше расчетного значения.

Кроме того, значение максимального крутящего момента нужно выбирать с запасом не менее 15% с учетом предполагаемого момента трения и ускорения, а также любой непрерывной нагрузки, возникающей во время ускорения. Если такой запас невозможно обеспечить, необходимо выбрать другой двигатель или редуктор с большим передаточным отношением.

Компоненты силовой передачи

Требования к механическим характеристикам двигателя должны быть определены на ранней стадии выбора типоразмера. Очень часто проектировщики не учитывают габаритные размеры и монтажное исполнение двигателя, что приводит к проблемам после его монтажа. Например, при установке двигателя в вертикальном положении могут потребоваться специальные подкладки.

Редукторы

Обычный зубчатый редуктор (цилиндрический, конический и проч.) включает в себя две и более передаточные ступени для изменения угловой скорости и крутящего момента между входным и выходным валами. Редуктор является важным инструментом управления инерцией, позволяя снижать ее значение на квадрат передаточного отношения. Обратный эффект работы редуктора — снижение скорости вращения двигателя. Правда, большинство электродвигателей вращаются со скоростью 2000 — 6000 об/мин, и это позволяет им работать на полезной скорости даже при использовании с редуктором, имеющим высокие передаточные числа.

В стандартных механических приводах обычно используются зубчатые редукторы с прямозубыми и косозубыми шестернями. Прямозубые зубчатые колеса создают минимальную осевую нагрузку, снижая проблемы с вращением подшипников. Косозубые шестерни широко используются в роботизированных системах, поскольку имеют увеличенную площадь контакта, обеспечивающую более высокий предельный крутящий момент. Их главный недостаток — повышенная осевая нагрузка.

Другие полезные материалы:
Выбор мотор-редуктора для буровой
Принципы программирования ПЛК

Вращающий момент асинхронного электродвигателя

Вращающий момент асинхронного электродвигателя созда­ется, как уже указывалось, за счет взаимодействия между вра­щающимся магнитным потоком статора и токами в обмотке ротора. Вполне понятно, что при отсутствии тока в обмотке ротора никакого момента создаваться не будет. Скольжение характеризует скорость вращения ротора относительно магнит­ного поля статора. От величины этой скорости зависит ток в роторе, а от тока—величина вращающего момента электродви­гателя, который может быть вычислен по формуле (6). Но вы­ражение (6), несмотря на свою простоту, не дает возможности выяснить влияние различных факторов на величину вращающе­го момента. Поэтому в курсе электротехники часто используют другое выражение:

где с — постоянная величина, зависящая от конструкции элект­родвигателя;

?1 —угловая скорость вращающегося магнитного поля.

Выражение (90) показывает, что вращающий момент про­порционален квадрату напряжения сети, в связи с чем даже небольшое уменьшение напряжения в питающей сети приводит к резкому снижению вращающего момента, что отрицательно сказывается на работе электродвигателя.

Кроме того, выражение (90) учитывает зависимость вели­чины вращающего момента от активных и индуктивных сопро­тивлений электродвигателя, а также от скольжения.

Если обозначить (х1 + сх2) через х и выполнить несложные преобразования в формуле (90), то получим

Величинами r1 s и x2 s2 можно пренебречь, ввиду их малости. Тогда, до некоторого предела

Таким образом доказано, что с увеличением скольжения возрастает и момент электродвигателя.

Более точный анализ выражений (90) и (91) показывает, что момент с увеличением скольжения возрастает лишь до некоторого критического значения Мкрит (так называемый опрокидывающий момент), после чего начинается резкое его снижение.

Величина критического скольжения, при которой имеет место опрокидывающий момент,

Подставляя это выражение в уравнение (91), получим

В последних выражениях знак плюс относится к работе электродвигателя в режимах двигательном и торможения противовключением, а знак минус — к работе в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть. Очевидно, что критический момент в двигательном режиме меньше, чем в генераторном.

Зависимость М = f (s), построенная по уравнению (91), приведена на рис. 42, который показывает, что при трогании электродвигателя с места, ког­да скольжение s=1, началь­ный пусковой момент асинхронного электродвигателя невелик, что является его основным недостатком.


Выражения (93) и (94) по­казывают, что при изменении активного сопротивления ро­торной цепи величина опроки­дывающего момента Мкрит не изменяется, меняется при этом лишь величина критического скольжения sкрит. Поэтому при различных активных сопротив­лениях роторной цепи кривые М = f(s) имеют различный характер. Эти кривые показывают, что пусковой момент асинхрон­ного электродвигателя с фазным ротором можно искусственным образом изменять, вводя различные активные сопротивления в

его роторную цепь. Таким же образом можно регулировать скорость электродвигателя, так как при изменении активного сопротивления роторной цепи меняется величина скольжения (рис. 43), а от скольжения, как показывает выражение (82), зависит число оборотов асинхронного электродвигателя.


Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о