0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Скорость вращения двигателя регулирование

Скорость вращения двигателя регулирование

Как мы уже знаем из курса ТОЭ, частота вращения ротора определяется по формуле:

Синхронная частота вращения зависит от частоты приложенного напряжения и количества пар полюсов

Исходя из этого, можно сделать вывод, что изменять скорость асинхронных ЭД можно с помощью изменения скольжения, частоты и числа пар полюсов.

Способы регулирования бывают разные, например механические муфты, редукторы, различные шестерёнчатые трансмиссии или есть способ изменения количества полюсов обмоток ЭД. Но в рамках данной статьи поговорим о методах регулировки ЭД с помощью изменения электрических параметров: регулировки напряжения питания ЭД и настройки частоты питающего напряжения и с помощью изменения активного сопротивления в роторной цепи.

Данный метод регулирования скорости асинхронного ЭД широко используется в машинах с фазным ротором. При этом в роторную цепь подсоединяется дополнительный реостат, которым можно достаточно плавно увеличивать номинал сопротивления. С ростом сопротивления, скольжение ЭД увеличивается, а скорость вращения снижается. Т.е, происходит регулировка скорости вниз от естественной характеристики.

Огромным минусом этого метода является его экономическая неэффективность, т.к с ростом скольжения, потери в роторной цепи существенно увеличиваются, т.е, КПД двигателя стремительно падает.
Плюс к этому, механическая характеристика двигателя становится более мягкой и пологой, поэтому незначительное изменение момента нагрузки на валу ЭД, вызывает резкое изменение частоты вращения.

Регулирование скорости ЭД этим способом крайне не эффективно, но, несмотря на это факт, все еще используется в ЭД с фазным ротором.

Этот способ подразумевает включения в питающую цепь автотрансформатора (АТР), перед статорной обмоткой, после питающих проводов. При этом, если понизить уровень напряжения на выходе АТР, то ЭД будет работать на пониженном напряжении.

Это в свою очередь снизит частоты вращения, при постоянном моменте нагрузки, а также к снижению перегрузочной способности ЭД. Так как с снижением уровня питания, максимальный момент асинхронного ЭД снижается в квадрат раз. Кроме этого момент снижается быстрее, чем ток в рроторной цепи, а поэтому, увеличиваются и потери, с последующим нагревом ЭД.

Способ регулировки напряжения, возможен только по направлению вниз от естественной характеристики, так как повышать напряжение выше номинального уровня категорически не приветствуется, ведь это приведет к огромным потерям в двигателе, перегреву и неисправности.

Кроме АТР, можно использовать тиристорный регулятор напряжения и аналогичные схемотехнические решения, в том числе и с использованием микроконтроллеров.

При таком методе, к ЭД подсоединяют преобразователь частоты (ПЧ). Например Omron, Hitachi и т.п ,(например в флюорографе ФМЦ). В простых вариантах это тиристорный ПЧ. Регулировка скорости происходит с помощью регулировки частоты питающего напряжения f, потому, что она оказывает влияние на синхронную скорость вращения ЭД.

С снижением частоты , перегрузочная способность ЭД также снижается, чтобы этого не допустить, необходимо повысить величину напряжения U1. Номинал на который требуется повысить, зависит от типа привода. Если регулирование осуществляется с постоянным моментом нагрузки на валу, то напряжение требуется изменять пропорционально регулировки частоты (при снижении скорости). В случае увеличения скорости этого делать не стоит, напряжение должно быть на номинальных значениях, иначе это может причинить вред ЭД.

Читайте так же:
Что нужно менять при регулировке клапанов

Если регулировка скорости осуществляется с постоянной мощностью электродвигателя, то изменение U1 требуется осуществлять пропорционально корню квадратному изменения f1.

При настройки установок с вентиляторной характеристикой, требуется регулировать U1 пропорционально квадрату изменения f1.

Регулирование способом изменения частоты, является наиболее лучшим вариантом для асинхронных двигателей на текущий момент, т.к при нем осуществляется регулирование скорости в достаточно широком диапазоне, без существенных потерь и падения перегрузочных способностей ЭД.

Обычно регулирование оборотов для двигателей на 220 вольт осуществляют с помощью тиристоров. Типовой схемой считается подсоединение электродвигателя в разрыв анодной цепи тиристора. Но во всех подобных схемах должен быть надежный контакт. И поэтому их нельзя применить в регулировании частоты вращения коллекторных двигателей, так как механизм щеток искусственно создает небольшие обрывы цепи.

Такой метод возможен только в многоскоростных асинхронных ЭД с короткозамкнутым ротором, т.к число полюсов этого ротора, всегда совпадает с полюсами статора.

В соответствии с формулой в начале страницы, скорость ЭД можно настраивать и изменением числа пар полюсов. Причём, в данном случае изменение скорости будет ступенчато, т.к как количество полюсов бывает только – 1,2,3,4,5.

Изменение их числа достигается с помощью переключения катушечных групп обмотки статора. При этом катушки коммутируются различными схемами, например “звезда — звезда” или “звезда – двойная звезда”. При соединении “звезда — звезда” получается изменение количества полюсов в соотношении 2:1. При этом будет постоянная мощность двигателя при переключении. При схеме “звезда – двойная звезда” изменяется количество полюсов в таком же соотношении, но еще обеспечивается постоянный момент двигателя.

Применение этого метода регулирования оправдано сохранением КПД и коэффициента мощности при переключении. Серьезным недостатком способа является более сложная конструкция ЭД, а также увеличение его стоимости.

Частотно-регулируемый электропривод

Частотно-регулируемый, или частотно-управляемый привод (ЧРП, ЧУП) — система управления частотой вращения ротора асинхронного двигателя, которая включает в себя электродвигатель и преобразователь частоты.

Так как асинхронные двигатели могут вращаться на одной частоте, задаваемой им питающей сетью переменного тока, для управления ими используют преобразователи частоты.

Схема 1. Частотно-регулируемый привод.

Схема 1 - Частотно-регулируемый привод

Частотный преобразователь (ЧП) — это устройство, объединяющее в себе выпрямитель и инвертор. Выпрямитель преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный, а инвертор наоборот. Выходные тиристоры (GTO) или транзисторы (IGBT), открываясь и закрываясь при помощи электронного управления, формируют необходимое напряжение, аналогичное трехфазному. Возможность менять частоту напряжения позволяет изменять отдаваемую в нагрузку мощность не дискретно (как при механической регулировке), а непрерывно. За счет такого принципа действия частотно регулируемый привод может плавно регулировать параметры вращения двигателя.

Преимущества применения частотно регулируемых приводов для управления АД

  1. Облегчает пусковой режим привода.
  2. Позволяет двигателю долго работать, независимо от степени загрузки.
  3. Обеспечивает большую точность регулировочных операций.
  4. Позволяет контролировать состояние отдельных узлов в цепях промышленной электрической сети. За счет этого возможно вести постоянный учет количества времени, наработанного двигателями, чтобы потом оценивать их результативность.
  5. Наличие электронных узлов дает возможность диагностировать неисправности в работе двигателя дистанционно.
  6. К устройству можно подключать различные датчики обратной связи (давления, температуры). В результате скорость вращения будет стабильна при постоянно меняющихся нагрузках.
  7. При пропадании сетевого напряжения включается управляемое торможение и перезапуск.
    В результате:
  • повышается уровень КПД за счет чего можно сэкономить порядка 30-35 % электроэнергии;
  • количество и качество конечного продукта возрастает;
  • снижается износ комплектующих механизмов;
  • возрастает срок службы оборудования.
Читайте так же:
Регулировка сцепления на сузуки интрудер

Недостатки систем частотного регулируемого привода

  • Создают сильные помехи, которые мешают другой электронике функционировать. Справиться с этой проблемой поможет установка в цепи управления фильтров высокочастотных помех, которые будут снижать степень такого влияния.
  • Высокая стоимость ЧРП. Однако она окупится через 2-3 года.

Отрасли применения ЧРП

Список отраслей получается обширным, сложнее найти отрасль, где бы не применялись ЧП:

Нефтедобыча и переработка: насосное оборудование, привод аппаратов воздушного охлаждения (АВО) и градирен, комплексная автоматизация различных технологических линий.

Металлургия: приводы рольгангов, конвейеров, прокатных станов, наматывающих устройств волочильных станов, насосов, вентиляторов.

Машиностроение: привод обрабатывающих станков, насосы, конвейерные линии, полиграфические машины.

Горнодобывающее и обогатительное производство: дробилки, мешалки, конвейеры, песковые и пульповые насосы.

Химическая промышленность: насосы, мешалки, грануляторы, экструдеры, центрифуги, приводы дымососов и вентиляторов, АСУ.

Пищевая промышленность: грануляторы, экструдеры, мельницы, дробилки, куттеры, жом-прессы, этикетировочные аппараты, конвейеры, технологические линии, насосы, вентиляторы.

ЖКХ: различное насосное оборудование, АСУ.

Стройкомплекс: краны, подъемные механизмы.

Транспорт: судовой привод, электротранспорт.

Как выбрать частотный преобразователь

  • Мощность и разновидность асинхронного электродвигателя.
  • Диапазон и точность регулировки скорости.
  • Необходимость точного поддержания момента и скорости вращения на валу двигателя.
  • Соответствие конструкции устройства персональным пожеланиям.

СОВЕТ: если какой-то из параметров должен отвечать особым требованиям, то лучше предпочесть не потенциально подходящий частотно регулируемый электропривод, а тот, который будет классом выше.

Выполненные проекты

НПО «Винт», г. Москва. Подруливающие устройства для судового привода. Суда, оборудованные ими, получают большую маневренность при швартовке, проходе узкостей, тралении. Значительно снижается риск столкновения судов. Сокращается время разгрузки и погрузки, что дает экономию времени и денег.

ООО «Стройбезопасность», г. Тихорецк. Оснащение приводов башенных кранов. Это решение упрощает управление, дает возможность тонко регулировать скорость в большом диапазоне, приводит к отсутствию пусковых бросков тока.

ОАО «Тагмет», г. Таганрог. Рольганги щелевой закалочной печи. Обеспечивают точный догон трубы в зоне загрузки и отрыв на выходе и безаварийную работу оборудования. Главный экономический эффект применения частотных преобразователей — это повышение качества продукции.

ОАО «Ульяновский сахарный завод», р.п. Цильна, Ульяновская обл. Привод жом-пресса 500 кВт. Регулирует обороты по нагрузке: в результате стружка подается неравномерно и не происходит перебросов при этом поддерживается нужный уровень давления в шахте. Увеличивается срок службы оборудования, снижается количество аварийных остановок, упрощается обслуживание процесса.

Читайте так же:
Унц 060 регулировка клапанов

МУП «Водоканал», г. Новочебоксарск. Автоматизированная система оперативного диспетчерского управления (АСОДУ) водоснабжением г. Новочебоксарска. Кроме снижения прямых затрат на энергоресурсы, снизилась аварийность и улучшилось качество обслуживания.

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Регулировка скорости вращения асинхронных двигателей

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя выражают формулой:

Как видно, скорость вращения ротора двигателя можно регулировать, изменяя одну из трех величин: частоту питающей сети, скольжение или число пар полюсов.

Регулируют скорость вращения, изменяя частоту в короткозамкнутых и фазных двигателях. При плавном изменении питающей частоты изменяется скорость вращения магнитного потока и скорость вращения ротора.

Скорость вращения регулируют введением активного сопротивления в цепь ротора фазного двигателя. В цепь ротора вводят сопротивление регулировочного реостата, аналогичного пусковому реостату, рассчитанному на длительное протекание токов ротора.
При увеличении сопротивления в роторной цепи уменьшается ток ротора. Момент двигателя становится меньше тормозного момента, скорость вращения ротора уменьшается. Скольжение возрастает, э. д. с. увеличивается, что вызывает рост роторного тока до прежнего значения, чтобы обусловленный им момент двигателя был равен тормозному моменту, но при меньшей скорости вращения. Характеристики на рисунке 39 иллюстрируют регулирование скорости вращения ротора фазного двигателя.
Плавность регулирования скорости вращения ротора двигателя зависит от числа ступеней реостата. Используя жидкостный реостат, можно плавно регулировать скорость вращения ротора.
Этот способ регулирования неэкономичен. С уменьшением скорости движения ротора двигателя увеличиваются электрические потери в роторной цепи (в реостате). Заметно возрастают и потери мощности в стали ротора. С уменьшением скорости вращения ротора полезная мощность снижается, а потребляемая мощность практически не изменяется, а к. п. д. сильно уменьшается. В режиме холостого хода или при малой нагрузке введение активного сопротивления в цепь ротора не влияет на скорость вращения ротора двигателя.

Рис. 39. Изменение скоростей вращения фазного двигателя регулировочным реостатом.

Регулирование скорости вращения ротора изменением числа пар полюсов применимо для короткозамкнутых двигателей. В них число полюсов ротора всегда равно числу полюсов статора. При регулировании таким способом фазных двигателей изменение числа полюсов статорной обмотки одновременно необходимо соответственно переключать роторную обмотку, что сильно осложняет контактную систему ротора.
Число полюсов можно изменять ступенчато. Скорость вращения ротора двигателя будет изменяться также ступенчато. Число полюсов двигателя изменяют так. В пазы статора укладывают две независимые обмотки на разное число полюсов или одну обмотку с переключением числа полюсов.
В двухобмоточных многоскоростных двигателях при работе на той или иной скорости используется одна обмотка, вторая бездействует.

Наличие двух обмоток увеличивает размеры двигателя, а работа одной из двух обмоток ухудшает использование активных материалов. Делая каждую из обмоток двухобмоточного двигателя с переключением числа пар полюсов, можно расширить диапазон регулирования скорости вращения ротора.
В однообмоточном многоскоростном двигателе полностью используют обмотку статора при работе на каждой из скоростей. Наиболее просто число полюсов обмотки переключать при отношении 1 : 2, что достигается изменением направления токов в полуфазах.
На рисунке 40,а показана развернутая двухслойная обмотка с переключением числа пар полюсов при отношении 1:2 : z = 18; т — 3; 2р = 2/4.

Рис. 40. Развернутая схема двухскоростной обмотки (а) и схемы соединения фаз при большем и меньшем числе полюсов (б),

Читайте так же:
Пила интерскол регулировка карбюратора

Шаг двухскоростной обмотки принимают меньше полюсного деления при малом числе полюсов и больше или равным полюсному делению при большем числе полюсов. Число катушек в катушечной группе берут равным числу пазов на полюс и фазу при меньшем числе полюсов. На рисунке 40, а стрелками показано распределение токов по катушечным группам при большем и меньшем числе полюсов обмотки. На рисунке 40, б показаны схемы соединения фаз обмотки при 2р = 4 и 2р — 2, то есть использована схема переключения «треугольник — двойная звезда» (Δ//λλ); она допускает наименьшее (6) число выводных концов. Переброска двух проводов от питающей сети необходима для сохранения вращения ротора двигателя на одной и другой скоростях. Двухскоростной двигатель с шестью выводами можно переключать по схеме звезда — двойная звезда. Двухскоростные двигатели со схемами переключения относятся к двигателям с постоянным моментом, то есть по условиям нагрева двигатель способен развивать одинаковый момент на обеих скоростях вращения ротора.
Двухскоростной двигатель со схемой переключения обмотки «звезда — звезда» с девятью выводами относится к двигателям с постоянной мощностью, то есть по условиям нагрева двигатель способен развивать одинаковую мощность при двух скоростях вращения ротора.
С увеличением ступеней регулирования скорости вращения растет число выводов, что очень усложняет конструкцию переключающего устройства. Обычно больше чем на четыре скорости многоскоростные двигатели не выполняют. Эти двигатели в сравнении с обычными имеют ряд недостатков: большие габариты, высокая стоимость, низкие энергетические показатели (к. п. д. и cos φ), громоздкое многоконтактное переключающее устройство.

Частота вращения: формула

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

Тахометр

Синхронные и асинхронные электромашины

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

Синхронная скорость

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

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

Скольжение

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

  • n – число оборотов в минуту,
  • f – частота сети,
  • p – число пар полюсов,
  • s – скольжение.
Читайте так же:
Регулировка клапанов змз 402 на холодную

Формула расчёта скорости асинхронного двигателя

Формула расчёта скорости асинхронного двигателя

Такие устройства есть двух типов:

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

Регулировка частоты вращения

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

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

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

Двигатели постоянного тока

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

Номинальная скорость вращения

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

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

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

Формула расчёта числа оборотов двигателя постоянного тока

Формула расчёта числа оборотов двигателя постоянного тока

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

Регулировка скорости

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

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

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

Видео

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector