Vikupautomsk.ru

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

Асинхронные электродвигатели переменного тока с принудительным охлаждением и без охлаждения

Асинхронные электродвигатели переменного тока с принудительным охлаждением и без охлаждения

Изготовление, сборка, тестирование и испытание асинхронных электродвигателей
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию асинхронные двигатели с охлаждением и без охлаждения.

Предлагаемые асинхронные электродвигатели

Асинхронный электродвигатель переменного тока мощностью 3350 кВт

Асинхронный электродвигатель переменного тока с принудительным охлаждением:

Технические данные двигателя:

  • Мощность – 15 кВт;
  • Число оборотов – 1500 об/мин;
  • Режим работы – S1 (продолжительный);
  • Номинальный крутящий момент – 95 Н·м;
  • Температурный класс – F/H;
  • Момент инерции – 0,047 кг·м 2 ;

Электрические данные:

  • Электропитание – 360В;
  • Частота тока – около 52Гц;
  • Ток – 33А;
  • Класс защиты – IP23 S;
  • Конструкция – IM2001, A200;
  • Размеры выходного вала – Ø42х110 мм;
  • С принудительным охлаждением вентилятором;

Окружающая среда:

  • Температура – не более 40 °С;
  • Высота над уровнем моря – не более 1000 м;

Расчетные данные:

  • Ток – 44А;
  • Магнитный ток – 21,5А;
  • Вращающий момент – 127Н·м;
  • Mk/Mn ≈ 3.0;
  • КПД – 0,88;
  • cos φ – 0.82;

Асинхронный электродвигатель переменного тока без охлаждения

Технические данные двигателя:

  • Мощность – 15 кВт;
  • Число оборотов – 1460 об/мин;
  • Режим работы – S1 (продолжительный);
  • Номинальный крутящий момент – 98 Н·м;
  • Температурный класс – F;
  • Момент инерции – 0,10539 кг·м 2 ;

Электрические данные:

  • Электропитание – 400/690В;
  • Частота тока – около 50Гц;
  • Ток – 30А;
  • Класс защиты – IP55;
  • Конструкция – IM2001, FF-300;
  • Размеры выходного вала – Ø42х110 мм;

Окружающая среда:

  • Температура – не более 40 °С;
  • Высота над уровнем моря – не более 1000 м;

Электромоторы без противо-ЭДС

На сайте www.skif.biz автор встретил описание опыта, проведенного за рубежом: между двумя вращающимися барабанными магнитами установлены пластинки из магнитомягкого материала.

Сообщалось, что при полетах этих пластин они оказывают ровно такое же воздействие на барабаны, как и если бы они (пластины) были друг к другу приклеены. И как бы даже понятно почему.

Автор таким образом рекламировал свой «вечный двигатель», в котором опускавшиеся друг на друга грузы производили полезную работу.

При просматривании тем на различных форумах, посвященных попыткам построения электромотора без противо-ЭДС, мне пришла идея, что этот механизм можно использовать для достижения искомого эффекта применительно к мотору. Как именно?

Принцип вращения

Пусть пластины на рисунке являются ротором и статором мотора. Если вместо вращения барабанов использовать электромагнитное возбуждение, то перед нами – простейший иллюстрационный макет нового принципа. Остается лишь перевести этот принцип в реальный электродвигатель.

В показанном устройстве пластины двигаются возвратно-поступательно, и это не подходит для мотора, где два реагирующих объекта должны двигаться друг относительно друга только в одну сторону. Поэтому применим другой вариант расположения с соблюдением указанного принципа.

Мотор в этом варианте включает в себя цилиндр из не проводящего ток, прозрачного для магнитного поля материала, внутри которого закреплены пластины из магнитомягкого материала, и ротор, на котором параллельно оси также закреплены подобные пластины. Они выполняют роль полюсов. Для наведения в пластинах магнитного поля используем обмотку, которую навиваем на цилиндрическом корпусе мотора.

Работает агрегат так. Когда полюса статора и ротора находятся почти друг против друга, на обмотку подаем напряжение. Магнитное поле катушки намагничивает полюса, но намагничивает не так, как на современных моторах, по направлению силовых линий магнитного поля вдоль диаметра мотора, а по‑иному: силовые линии располагаются в полюсах параллельно оси мотора. Намагниченные полюса отталкиваются, и ротор начинает вращение. Как только полюса ротора окажутся между двумя статорными полюсами, убираем напряжение – до тех пор, пока они вновь не приблизятся к другим полюсам. Таким образом, периодически подавая и убирая напряжение на обмотку возбуждения, можно достичь непрерывного одностороннего вращения вала мотора.

Для того чтобы убрать периоды, когда вращению вала будет способствовать только инерция ротора, можно применить два аналогичных мотора, работающих на один вал, в которых периоды движения по инерции на одном моторе совпадали бы с периодами движения под воздействием поля на другом моторе. В этом случае магнитные поля, выходя из полюсов, должны попадать в воздух, у которого магнитная проницаемость очень маленькая, что приводит к их рассеиванию и вслед за этим – сильному снижению КПД мотора. Поэтому разработчики промышленного варианта могут воспользоваться предлагаемым ниже примером, где магнитное поле обмотки возбуждения доставляется непосредственно к полюсам мотора с использованием магнитопровода.

Промышленный вариант

В этом варианте используется несколько катушек с магнитопроводами. Концы магнитопроводов заканчиваются кольцом непосредственно там, где сходятся полюса ротора и статора. Кольцо охватывает весь тот участок, где полюсные наконечники находятся на самом минимальном расстояний друг от друга.

В таком варианте должна оставаться неизменной индуктивность катушки возбуждения независимо от оборотов ротора, так как неизменной остается площадь сердечника обмотки возбуждения. Магнитная проницаемость и количество силовых линий магнитного поля, проходящих по сердечнику при цикле работы, тоже не меняется. (Электродвижущую силу самоиндукций мы в расчет не берем).

При таком варианте конструкции электромотора не будет возникать и противо-ЭДС в обмотке возбуждения, приводящего в обычных моторах к ограничению оборотов электромотора при том или ином напряжении. То есть такой мотор будет после включения разгоняться до тех пор, пока центробежные силы не приведут к механическому разрушению конструкций.

Указанный вариант принципа предполагает только взаимное отталкивание статора и ротора. Можно проверить работоспособность предлагаемого мною механизма. Вставьте два гвоздя в катушку рядом друг с другом вместо сердечника и подайте на катушку напряжение. Гвозди друг от друга оттолкнутся – то есть принцип работает. В сети Интернет автор выложил видео этого опыта.

Читать еще:  Электрическая схема защиты двигателей от токов перегрузки

Важное уточнение: современные двигатели используют другой принцип, при котором эти «гвозди» засунуты в катушку не рядом, а последовательно, и при подаче на катушку напряжения они, наоборот, притягиваются.

В этом разница между вариантами. Отличительной чертой механизмов является то, что намагниченные полюса двигаются как бы внутри обмотки возбуждения и при работе их поля никак не воздействуют на катушку – они взаимодействуют только между собой. То есть мы посторонним источником магнитного поля возбуждаем в моторе магнитное поле, и оно самостоятельно, не влияя на внешнее поле и его источник, начинает производить работу по отталкиванию друг от друга статора и ротора мотора.

Поможет сверхпроводимость

Такого эффекта мы добиваемся, применяя пластинки из магнитомягкого материала. Какими еще способами можно получить этот результат? Можно использовать вместо пластин из магнитомягкого материала короткозамкнутые контуры или такое уникальное явление, как сверхпроводимость.

Берем круглый контур большого диаметра – он будет у нас играть роль контура возбуждения. Внутри его же плоскости располагаем два маленьких короткозамкнутых кольцеобразных контура – рабочих.

Подаем на контур возбуждения переменное напряжение. Его магнитное поле тут же возбуждает в рабочих контурах ток. Естественно, при появлении тока вокруг них возникает магнитное поле. Все три контура своими полями взаимодействуют друг с другом, в результате чего рабочие контуры притягиваются к контуру возбуждения и одновременно с этим отталкиваются друг от друга. С приближением к контуру возбуждения отдельного рабочего контура его поле вызывает в нем токи, которые в сумме не дают большого кругового тока. То есть соответственно не возникает и большой противо-ЭДС в контуре возбуждения.

Но нам нужно создать на основе всех этих фактов мотор, в котором будет вообще уничтожена любая противо-ЭДС.

Как это сделать?

Общий принцип построения этого мотора таков. В нем есть неподвижный контур возбуждения, внутри которого располагаются рабочие короткозамкнутые обмотки. Одну из них можно сделать неподвижной относительно контура возбуждения, превратив в статорную короткозамкнутую обмотку, а другую расположить на вращающемся роторе.

Кроме того, можно сделать ось мотора составной! В результате одна сторона мотора будет вращаться в одну сторону, а другая половина в другую – при этом каждая половина вращается одним из рабочих контуров.

Работает такой мотор следующим образом. В момент, когда рабочие контуры находятся рядом друг с другом, на контур возбуждения подаем напряжение. В случае использования сверхпроводимости можно подать постоянный ток. В рабочих контурах тут же возникает электрический ток и связанное с ним магнитное поле, в результате чего они отталкиваются друг от друга и начинают двигаться по кругу. В момент, когда они удаляются друг от друга на максимальное расстояние, напряжение убираем, катушки по инерции идут дальше и приблизятся друг к другу. Их необходимо расположить на статоре и роторе так, чтобы они могли пройти друг подле друга не соприкасаясь и находиться как можно ближе к одной плоскости. Как только они перестанут перекрываться – следует вновь подать импульс напряжения на обмотку возбуждения.

Цикл повторяется до достижения постоянного вращения ротора. При любых оборотах ротора подача на обмотку возбуждения тока вызывает, посредством магнитного поля, аналогичные вихревые токи в рабочих обмотках, величина которых с ростом оборотов не меняется!

В варианте с обмотками в качестве рабочих элементов не удается полностью убрать противо-ЭДС, но это не должно помешать построению мотора с обмотками, имеющего недостижимый в обычных моторах КПД, точнее – коэффициент преобразования энергии.

В чем ноу-хау?

Специалисты поняли наверно, что главная хитрость, позволяющая добиться уничтожения противо-ЭДС в рассмотренных двигателях, – это не непосредственная подача питающего тока в обмотки якоря и ротора, а возбуждение его в последних с использованием внешнего источника магнитного поля.

Так же и в варианте с намагничивающимися и отталкивающимися друг от друга полосками из магнитомягкого материала – это не непосредственное возбуждение магнитного поля намотанными на них обмотками, а использование внешнего коммутируемого источника магнитного поля.

Автору представляется, что точно таким же способом после небольшой переделки можно будет нейтрализовать противо-ЭДС и в используемых ныне электродвигателях. А какие перспективы будут у обновленных двигателей, думаю, объяснять не нужно. Это, в первую очередь, построение принципиально новых источников дешевой энергии с помощью магнитного поля.

Всем известно, что механическая мощность, вырабатываемая на валу электромотора, прямо пропорциональна крутящему моменту на валу, помноженному на циклическую частоту вращения ротора. То есть с чем большими оборотами вращается вал электромотора, тем большая механическая мощность выделяется на нем. Поэтому мы должны как можно больше раскрутить вал, чтобы получить как можно большую механическую энергию. Обычные моторы для достижения этого должны потреблять все большую и большую электрическую мощность, которая все же меньше, чем вырабатываемая ими механическая мощность, так как с увеличением оборотов на обычном двигателе появляется противодействующая источнику питания электродвижущая сила, для нейтрализации которой необходимо все время повышать питающее напряжение, то есть – потребляемую электрическую мощность.

Построенные на новом принципе моторы могут достичь любых оборотов без дополнительного повышения питающего напряжения, так как не будет возрастающей с повышением оборотов противодействующей источнику питания электродвижущей силы и, значит, не требуется повышения питающего мотор напряжения – читайте: мощности. К тому же часть энергии, израсходованной для питания мотора, можно будет вернуть посредством ЭДС самоиндукций (которую не следует путать с противо-ЭДС).

Проверим на практике

Для проверки – на самом ли деле двигающиеся вдоль контура возбуждения рабочие пластины ротора не будут наводить ЭДС, противодействующей дальнейшему нарастанию оборотов мотора, – был проведен следующий опыт.

Читать еще:  Двигатель ваз 2103 трясется на малых оборотах

На катушке диаметром около 100 миллиметров была намотана обмотка из 300 витков провода диаметром 0,2 миллиметра. На концах загнутых Г-образных проводов нужным образом были приклеены два отталкивающихся друг от друга магнита. Эти магниты были введены в контур.

Два этих магнита аналогичны намагниченным пластинам из магнитомягкого материала, отталкивающимся друг от друга и двигающимся вдоль обмотки возбуждения в работающем моторе.

Если бы в обмотке возбуждения мотора поля этих пластин наводили какую‑то противо-ЭДС, ограничивающую обороты мотора, то в контуре двигающиеся вдоль обмотки магниты аналогично наводили бы ЭДС. Возможные наводки проверялись с применением осциллографа, настроенного на самую большую чувствительность. Осциллограф при вводе и выводе магнитов из катушки показывал явное наличие ЭДС. Но если Г-образные оси с магнитами располагались на оси катушки и затем магниты вначале прижимались друг к другу, а затем отпускались и двигались вдоль обмотки – то, как и следовало ожидать, никаких наводок осциллограф не показывал. Это подтверждает уверенность автора в том, что представленный им принцип построения электромоторов без противо-ЭДС совершенно реален.

Экспериментальное определение моментов инерции ротора или якоря электрической машины

Не всегда значение маховых моментов или моментов инерции роторов или якорей электрических машин можно найти в каталогах электрооборудования. Также в данный момент на предприятиях эксплуатируется большое количество электрических машин, данные на которые могут потеряться в ходе эксплуатации. Если данные о маховом моменте электрической машины отсутствуют, то их можно определить экспериментально с помощью методов:

  • Крутильных колебаний;
  • Маятниковых колебаний;
  • Падающего груза;
  • Свободного выбега;

Метод крутильных колебаний

Суть данной методики заключается в следующем: ротор электромашины подвешивают на стальной проволоке за конец вала. Второй конец проволоки жестко закрепляют на опоре, как показано на рисунке ниже (а):

При таком определении момента инерции нужно строго обеспечить вертикальность оси вала ротора. После чего ротор, подвешенный на проволоке, закручивают на определенный угол и подсчитывают количество полных колебаний z, которые ротор совершит за какой – то промежуток времени t. Период полного колебания, если пренебречь затуханием, можно представить:

Где k – направляющий момент проволоки (момент, вызывающий закручивание проволоки на 1 радиан). Если мы знаем k, то момент инерции ротора можно определить из следующего выражения:

k можно определить исходя из размеров проволоки:

Где Е – модуль кручения для материала проволоки в кГ/см 2 ;

r и l – радиус и длина проволоки в см соответственно.

Так как формула не дает точного значения k, более точно можно определить его из опыта. Для этого нужно измерять вращающий момент М, необходимый для закручивания проволоки на угол α. Тогда:

Но еще проще произвести определение момента инерции на основе двух опытов крутильных колебаний ротора. Для этого измеряют продолжительность полного колебания как указано выше. Второе измерение периода колебания ротора производят с прикрепленным к нему телом, момент инерции которого известен Jдоб. Как вариант, это может быть диск с известными геометрическими размерами и весом или рычаг с грузами на концах (рис. выше б). если Т – период колебаний одного ротора, а Т / — с добавочным грузом, тогда получим выражение:

Благодаря пропорциональности между углом отклонения и направляющим моментом угол первоначального закручивания может быть взят произвольным.

Метод маятниковых колебаний

Ротор машины крепят проволокой к куску угловой стали так, чтоб вершину уголка можно было использовать в качестве призмы, относительно которой ротор электромашины смог бы выполнять колебания. После чего оба конца полученного таким образом маятника опирают на металлические горизонтальные опоры так, чтоб ротор мог относительно точек опоры совершать колебания. Момент его инерции относительно оси, совпадающей с вершиной уголка, при пренебрежении инерцией последнего будет равен:

Где: G – это вес ротора машины в кг;

е – расстояние между осью ротора и осью качания, измеряется в м;

Т – период одного колебания в сек.

Зная JN, определяют по общему правилу инерцию ротора относительно оси, проходящей через центр тяжести:

Метод падающего груза

Самым главным недостатком методик, описанных выше, является то, что для определения инерции необходима разборка электромашины. Метод падающего груза позволит определить момент инерции электродвигателя без разборки последнего.

На конец вала или шкив, сидящий на валу, навивают несколько витков шнура. К другому концу шнура прикрепляют груз и опускают его через направляющие блоки, либо непосредственно, как показано ниже:

При опускании груз поворачивает ротор, преодолевая трение в подшипниках электромашины, при этом измеряют время t, за которое груз опустится на величину h.

В таком случае инерция ротора может быть вычислена по формуле:

Где: m – масса груза

r – радиус вала или шкива, на который навивается шнур;

t и h – время, и соответственно высота опускания груза;

g – ускорение свободного падения равное 9,81;

Метод свободного выбега

Перечисленные выше методы определения инерции электрической машины больше подходят к электрическим машинам относительно малой мощности. При значительных габаритных и массовых показателей машин большой мощности определение инерции методами маятниковых колебаний и падающего груза становятся практически не пригодными, и тем более не пригодны в системе электродвигатель – рабочий орган. Поэтому зачастую применяют метод свободного выбега.

Когда двигатель отключают от сети, то за счет накопленной кинетической энергии, двигатель и соединенный с ним рабочий орган будет вращаться замедляясь постепенно. Чем больше тормозящее усилие сил трения и чем меньше запас кинетической энергии, тем быстрее будет замедлятся система. Имея кривую самоторможения, показанную ниже, которая представляет собой график зависимости скорости от времени.

По данной кривой можно сделать вывод о величине тормозных усилий. Мощность торможения в данном случае будет равна уменьшению кинетической энергии во времени:

Читать еще:  Что означают на двигателе выводы

Подставив в формулу значение кинетической энергии , которая представлена в джоулях, тогда получим:

Из данного выражения можно определить момент инерции:

Величину поднормали определяют из кривой торможения для точки, в которой известны потери энергии при торможении. Если масштабы выбраны, то для построения кривой самоторможения: µn = об/мин/см – скорость, µt = сек/см – времени. В таком случае масштаб поднормали будет равен: , то есть , где СВ выражена в см.

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.

Часто 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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector