Холостой ход однофазного двигателя

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Ток — холостой ход — асинхронный двигатель

Ток холостого хода асинхронных двигателей достигает 20 — 40 % от номинального тока статора ( / 0 0 2 — 0 4 / IH), между тем как у трансформаторов ток / 0 составляет всего 2 5 — 10 % от / IH. Повышенное значение тока холостого хода асинхронной машины обуслоь-лено наличием воздушного зазора между статором и ротором. [1]

Ток холостого хода асинхронных двигателей достигает 20 — 40 % от номинального тока статора ( / 0 2 — 0 4 / IH), между тем как у трансформаторов ток / 0 составляет всего 2 5 — 10 % от / IH. Повышенное значение тока холостого хода асинхронной машины обусловлено наличием воздушного зазора между статором и ротором. [2]

Почему ток холостого хода асинхронного двигателя составляет 25 — 50 %, а у трансформатора 3 — 10 % от номинального тока. [3]

Почему ток холостого хода асинхронного двигателя составляет 25 — 50 %, а трансформатора — 3 — 10 % от номинального тока. [4]

Для определения активной составляющей тока холостого хода асинхронного двигателя необходимо предварительно вычислить: вес активной стали статора и магнитные потери в нем-для трехфазного асинхронного двигателя; вес стали статора и ротора и потери в них — для однофазного двигателя с беличьей клеткой и малоинерционного асинхронного двигателя с немагнитным полым ротором. [5]

Для определения активной составляющей тока холостого хода асинхронного двигателя необходимо предварительно вычислить: массу активной стали статора и магнитные потери в нем — для трехфазного асинхронного двигателя; массу стали статора и ротора и потери в них — для однофазного двигателя с беличьей клеткой и малоинерционного асинхронного двигателя с немагнитным полым ротором. [6]

Из-за большого магнитного сопротивления цепи с двумя воздушными зазорами ток холостого хода асинхронного двигателя значителен и является в основном реактивным током. [7]

Сопротивления Rm и Хт намагничивающего контура значительно меньше соответствующих значений для схемы замещения трансформатора, так как ток холостого хода асинхронного двигателя гораздо больше, чем у трансформатора. Если при рассмотрении работы трансформатора часто можно пренебречь намагничивающим контуром, то при рассмотрении работы асинхронного двигателя этого сделать нельзя, так как ошибка может получиться значительной. [8]

При повышении частоты и номинальном напряжении ток холостого хода и магнитный поток уменьшаются, а следовательно, снижается и вращающий момент. На рисунке 249 приведен график зависимости тока холостого хода асинхронного двигателя от частоты, который показывает, что уменьшение частоты влечет за собой резкое увеличение тока холостого хода. [10]

Ток холостого хода двигателя и потребляемая им реактивная мощность значительно возрастают в случае работы от сети с напряжением выше номинального. Поэтому во время эксплуатации необходимо следить за напряжением цеховых сетей и не допускать отклонения его от номинального. Величина тока холостого хода асинхронного двигателя возрастает также вследствие низкого качества ремонтных работ: неправильное соединение секций обмоток, изменение при перемотке обмоточных данных по сравнению с паспортными и увеличение величины воздушного зазора. [11]

Характеристики однофазных асинхронных электродвигателей

Однофазные асинхронные двигатели находят широкое применение в технике и быту. Производство однофазных асинхронных электродвигателей мощностью от долей ватта до сотен ватт составляет более половины производства всех машин малой мощности, и их выпуск непрерывно возрастает.

Однофазные двигатели принято делить на две категории:

двигатели общего назначения» к которым относят электродвигатели промышленного и битового назначения;

двигатели автоматических устройств — управляемые и неуправляемые двигатели переменного тока и специализированные электрические машины малой мощности (тахогенераторы, вращающиеся трансформаторы, сельсины и т.п.).

Значительная часть асинхронных электродвигателей — это двигатели общего назначения, которые предназначены для работы от однофазной сети переменного тока. Однако существует довольно обширная группа универсальных асинхронных электродвигателей, предназначенных для работы как в однофазных, так и в трехфазных сетях.

Конструкция универсальных двигателей практически не отличается от традиционной конструкции трехфазных асинхронных машин. При работе от трехфазной сети эти двигатели имеют характеристики подобные характеристикам трехфазных двигателей.

Однофазные двигатели имеют короткозамкнутый ротор, а обмотка статора может выпускаться в различных вариантах. Наиболее часто на статоре укладывается рабочая обмотка, заполняющая две трети пазов, и пусковая обмотка, заполняющая оставшуюся треть пазов. Рабочая обмотка рассчитывается для продолжительного режима, а пусковая — лишь на период пуска. Поэтому она выполняется проводом малого сечения и содержит значительное число витков. Для создания пускового момента а пусковую обмотку включают фазосдвигающие элементы — резисторы или конденсаторы.

Асинхронные двигатели малой мощности могут выполняться двухфазными, когда рабочая обмотка, укладываемая на статоре, имеет две фазы, смешённые в пространстве на 90°. В одну до фаз постоянно включен фазосмещающий элемент — конденсатор или резис т ор, обеспечивающие определенный фазовый сдвиг между токами обмоток.

Двигатель с постоянно включённым в одну из фаз конденсатором обычно называется конденсаторным. Емкость фазосмещающего конденсатора может иметь постоянную величину, но в ряде случаев величина ёмкости может быть различной для пуска и для рабочего режима.

Особенностью однофазных асинхронных двигателей является возможность вращения ротора в различных направлениях. Направление вращения определяется направлением пускового момента.

При малых сопротивлениях ротора (S кр при более высокой частоте вращения имеет место режим генератора.

Особенностью однофазных двигателей является и то, что его максимальный момент зависит от сопротивления ротора. С ростом активного сопротивления ротора максимальный момент уменьшается, а при больших величинах сопротивления S кр > 1 становится отрицательным.

При выборе типа электродвигателя для привода прибора или механизма необходимо знать его характеристики. Основными являются моментные характеристики (начальный пусковой момент, максимальный вращающий момент, минимальный вращающий момент), частота вращения, виброакустические характеристики. В отдельных случаях необходимыми также являются энергетические и весовые характеристики.

В качестве примера рассчитаны характеристики однофазного двигателя имеющего следующие параметры:

частота сети — 50 Гц;

напряжение сети — 220 В;

активное сопротивление обмотки статора — 5 Ом;

индуктивное сопротивление обмотки статора — 9,42 Ом;

индуктивное сопротивление обмотки ротора — 5,6 Ом;

осевая длина машины — 0,1 м;

число витков в обмотке статора -320;

радиус расточки статора — 0,0382 м;

число пазов — 48;

воздушный зазор — 1,0 х 10 3 м.

коэффициент индуктивности ротора 1,036.

Однофазная обмотка заполняет две трети пазов статора.

На рис. 1 показаны зависимости тока однофазного электродвигателя и электромагнитного момента от скольжения. В режиме идеального холостого хода ток двигателя потребляемый из сети а основном для создания магнитного поля, имеет относительно большую величину.

Для моделируемого двигателя величина намагничивающего тока составляет около 30 % пускового тока, для трехфазных двигателей такой же мощности — 10-15%. Электромагнитный момент в режиме идеального холостого хода имеет отрицательную величину, которая растёт с увеличением сопротивления роторной цепи. При скольжении S = 1 электромагнитный момент равен нулю, что подтверждает правильность работы модели.

Рис.1. Огибающие векторного потенциала и магнитной индукции в зазоре двигателя при скольжении s=1

Рис. 2. Зависимость тока и электромагнитного момента однофазного асинхронного двигателя от скольжения

Зависимости полезной и потребляемой мощностей от скольжения (рис. 3) имеют традиционный характер. КПД двигателя в режиме идеального холостого хода имеет отрицательный знак в соответствии с отрицательным моментом, а коэффициент мощности в этом режиме имеет весьма малую величину (0,125 для моделируемого двигателя).

Заниженное, по сравнению с трёхфазными двигателями, значение коэффициента мощности объясняется большой величиной намагничивающего тока. По мере увеличения нагрузки величина коэффициента мощности возрастает и становится соизмеримой с аналогичным показателем трехфазных двигателей (рис. 4).

Рис. 3. Зависимость полезной и потребляемой мощности однофазного асинхронного двигателя от скольжения

Рис. 4. Зависимость коэффициента полезного действия и коэффициента мощности однофазного асинхронного двигателя от скольжения

С ростом активного сопротивления ротора величина электромагнитного момента уменьшается, а при критических скольжениях, превышающих единицу, становится отрицательным.

На рис. 5 показаны зависимости электромагнитного момента однофазного двигателя от скольжения для различных величин электропроводности вторичной среды двигателя.

Рис. 5. Зависимость электромагнитного момента однофазного двигателя от скольжения при различных сопротивлениях ротора (1 — 17 х 10 6 См/м, 2 — 1,7 х 10 6 См/м)

Конденсаторные электродвигатели имеют две постоянно включенные в сеть обмотки. Одна из них включается в сеть непосредственно, вторая — последовательно с конденсатором, обеспечивающим необходимый фазовый сдвиг.

Обе обмотки занимают одинаковое число пазов статора, а число их витков и ёмкость конденсатора рассчитывается таким образом, чтобы при определенном скольжении обеспечивалось круговое вращающееся магнитное поле. Наиболее часто в качестве такого скольжения принимается номинальное. Однако в таком случае пусковой момент оказывается значительно меньше номинального.

Магнитное поле в режиме пуска является эллиптическим, в значительной мере сказывается влияние обратно бегущих составляющих магнитного поля. Если емкость конденсатора увеличить, выбрав ей из условия получения кругового поля при пуске, то происходит уменьшение момента и снижение энергетических показателей при номинальном скольжении.

Возможен и третий вариант, когда круговое поле соответствует скольжению большей величины, чем при номинальном режиме. Но и этот путь не является оптимальным, так как увеличение момента сопровождается значительным увеличением потерь. Увеличение пускового момента конденсаторного двигателя может быть достигнуто за счёт увеличения активного сопротивления ротора. Этот способ приводит к увеличению потерь при любых скольжениях, вследствие чего снижается КПД двигателя.

Рис. 6. Зависимость токов конденсаторного двигателя от скольжения ( I р.о — ток рабочей обмотки, I к.о — ток конденсаторной обмотки, Is — ток двигателя)

Рис. 7. Зависимость потребляемой P 1 и полезной P2 мощности конденсаторного двигателя от скольжения

Рис. 8. Зависимость коэффициента полезного действия и коэффициента мощности и электромагнитного момента конденсаторного двигателя от скольжения

Конденсаторный двигатель обладает вполне удовлетворительными энергетическими показателям, высоким коэффициентом мощности, величина которого превосходит коэффициент мощности трехфазного двигателя, а при повышенном сопротивлении ротора и значительной ёмкости — высоким пусковым моментом. При этом, как было указано выше, двигатель имеет пониженное значение КПД.

Рис. 9. Векторная диаграмма конденсаторного двигателя при скольжении s = 0 ,1

Векторная диаграмма (рис. 9) показывает, что при выбранном значении емкости конденсатора ток конденсаторной обмотки является опережающим по отношению к напряжению сети, а ток рабочей обмотки — отстающим. На диаграмме также видно, что при скольжении, близком к номинальному, магнитное поле двигателя имеет эллиптический характер. Для получения кругового поля величина емкости конденсатора должна быть уменьшена с таким расчетом, чтобы токи обеих обмоток были равны по модулю.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Определение тока и потерь холостого хода асинхронных двигателей

При проведении опыта короткого замыкания измеряют ток и потери короткого замыкания электродвигателей, проверяют состояние соединений обмоток, а также качество заливки короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей. Результаты опыта позволяют определить начальный пусковой ток и начальный вращающий момент электродвигателя, которые являются важными эксплуатационными параметрами.
Опыт короткого замыкания производят при заторможенном роторе. В электродвигателях с фазными роторами обмотку ротора замыкают накоротко на кольцах. При заторможенном роторе к статору подводят практически симметричное напряжение номинальной частоты.
Вращающий момент для электродвигателей мощностью до 100 кВт измеряют динамометром, весами, тормозом или специальными приборами. Так как этот момент может несколько изменяться в зависимости от положения ротора по отношению к статору, то измерения производят несколько раз, сдвигая ротор на одно зубцовое деление, и в качестве результата принимают наименьший из замеренных моментов. Для двигателей мощностью выше 100 кВт вращающий момент обычно определяют расчетным путем по результатам измерения потерь короткого замыкания.
Необходимо учитывать, что при проведении опыта электродвигатель является трансформатором, вторичная обмотка которого (обмотка ротора) замкнута накоротко. Ток, проходящий по обмоткам, может в несколько раз превысить номинальный, а так как двигатель при неподвижном роторе не вентилируется, то его обмотка очень быстро нагревается. Поэтому необходимые отсчеты по приборам и сам опыт надо производить с максимально возможной быстротой. Следует обратить серьезное внимание на надежность устройств, служащих для затормаживания ротора, так как при проведении опыта они испытывают значительные усилия. Направление вращения ротора определяют заранее и, сообразуясь с ним, устанавливают затормаживающие устройства. При ошибке эти устройства могут сорваться и нанести повреждения персоналу.
Опыт короткого замыкания обычно производят сразу после опыта холостого хода. Характеристика короткого замыкания представляет собой зависимость линейного тока короткого замыкания /„ и потерь короткого замыкания Рк от приложенного к статору напряжения Ик.
Для проведения опыта собирается схема, аналогичная схеме при опыте холостого хода (рис. 1). При проведении опыта рекомендуется двигатель включать на напряжение, составляющее 15—20% номинального, затем быстро поднимать его до требуемого значения. При типовом испытании следует произвести пять — семь отсчетов при разных значениях подводимого напряжения. Первый отсчет берут при наибольшем напряжении. Отсчеты по приборам при каждом значении подведенного напряжения производят за время не более 10 с во избежание чрезмерного нагрева обмотки током короткого замыкания. После каждого отсчета двигатель отключают.
При типовом испытании двигателя мощностью до 100 кВт опыт проводят, начиная с напряжения, отличающегося от номинального не более чем на ±10%. Типовое испытание короткозамкнутых двигателей мощностью свыше 100 кВт допускается производить при напряжениях, меньших номинального, но при таких, чтобы максимальное значение тока короткого замыкания было не ниже 2,5—4-кратного номинальному. При испытании короткозамкнутых двигателей мощностью свыше 1000 кВт, а также при испытании двигателей с фазным ротором допускается доводить ток только до 2-кратного номинальному. Во всех случаях требуется один из отсчетов произвести при напряжении, указанном ниже.

Напряжение короткого замыкания, В .

ГОСТ 7217-66 рекомендует при приемо-сдаточных испытаниях ток и потери короткого замыкания определять только при одном напряжении согласно приведенным выше данным с последующим пропорциональным пересчетом тока короткого замыкания на номинальное напряжение двигателя. Потери в этом случае пересчитывают пропорционально квадрату тока. По данным замеров строится характеристика короткого замыкания (рис. 4).
Так же как и при опыте холостого хода, измерение подводимой мощности производится по схеме двух ваттметров. Однако корректировка подводимой мощности на потерю в приборах не производится, так как эти потери обычно лежат ниже уровня погрешности измерения.
Коэффициент мощности при опыте короткого замыкания составляет:
Контроль правильности определения производят по кривой, приведенной на рис. 1. Для определения вращающего момента Мк, Н-м*, при коротком замыкании

Рис. 4. Пример построения
характеристики короткого
замыкания.

двигателей мощностью выше 100 кВт следует пользоваться формулой
где Рцм2 — потери в обмотке ротора при опыте короткого замыкания, кВт; пс — частота вращения (синхронная), об /мин.

Потери в обмотке ротора Ркм2, кВт, составляют:

где Рhmi — потери в обмотке статора при опыте короткого замыкания, кВт, равные: Pkmi=3/V?/ 1000 — при соединении фаз в звезду; PKMi=IR/1000 — при соединении фаз в треугольник, где R — сопротивление при постоянном токе одной фазы, Ом; Рс — потери в стали,
Значения ki для некоторых двигателей приведены в табл. 1.
Для асинхронных двигателей большей мощности, а также специального исполнения значения kf указаны в соответствующих стандартах и технических условиях; здесь эти данные не приводятся.
Таблица 1

Величина потерь короткого замыкания (приведенная к номинальному напряжению) должна удовлетворять зависимости

где km — установленная в стандартах или технических условиях минимальная кратность начального пускового вращающего момента; Рном — номинальная мощность электродвигателя, кВт; Rp — расчетное сопротивление фазы обмотки статора, т. е. приведенное к температуре 75°С (если двигатель по нагревостойкости изоляции относится к классам А, Е, В) или 115°С (для классов F и Н), Ом; Рс — потери в стали электродвигателя при номинальном напряжении, кВт (определяются при опыте холостого хода); 0,85 — коэффициент, учитывающий допуск 15% в сторону снижения, установленный ГОСТ 183-74 на значение кратности начального пускового вращающего момента; k — коэффициент, равный
0,003 при соединении обмотки статора в звезду или 0,001 при соединении в треугольник.
Таблица 2

Таблица 3

Значения kM для двигателей серий А и АО определяют по табл. 2, для двигателей серий А2 и А02 — по табл. 3, для двигателей мощностью 110—1000 кВт kM равен 0,9 для двух- и четырехполюсных и 1,0 для шести-, восьми-, десяти- и двенадцатиполюсных. Для остальных двигателей значения kM указаны в соответствующих стандартах и технических условиях и здесь не приводятся.
Во время проведения опыта короткого замыкания на пониженном напряжении представляется удобная возможность проверить исправность обмотки короткозамкнутого ротора. Это особенно важно для роторов с литыми алюминиевыми обмотками, в которых часто встречаются пороки литья — пузыри, трещины, обрывы стержней, которые трудно обнаружить при наружном осмотре.
Проверка заключается в том, что при включении обмотки статора на трехфазное напряжение, пониженное настолько, что ротор еще не вращается, а ток настолько мал, что не вызывает заметного перегрева обмоток, ротор медленно проворачивают вручную и следят за показанием трех амперметров, включенных в фазы статора.
Если обмотка ротора исправна, его проворачивание не вызывает изменения показаний амперметров; при неисправном роторе стрелки амперметров поочередно колеблются, и тем заметнее, чем больше неисправность.

Частотные преобразователи ERMAN серии ER-G-220-01

There are no downloads.

Номинальное напряжение сети, В

Однофазное 220 В (170

Номинальная мощность двигателя, кВт

Номинальный ток двигателя, А

Рабочая перегрузка по току, А

120% в течение 1 минуты, 150% в течение 6 секунд

Диапазон выходной частоты

Дискретность установки частоты

0,1 Гц при цифровом задании частоты;
до 0,01 Гц при задании частоты по линейному входу

Точность удержания частоты

3600 с, задается раздельно для разгона и торможения

10 кГц с шагом 0,1 кГц

Режимы управления двигателем

Синусоидальная широтно-импульсная модуляция

Функции управления и регулирования

Перезапуск при пропадании сетевого питания;
Встроенный ПИД-регулятор с функцией останова при отсутствии расхода;

4-х разрядный семисегментный LED индикатор.

Линейный вход (2 шт.)

20 мА (100 Ом) с питанием +15 В, 30 мА, гальваноразвязанный

Дискретный вход (3 шт.)

«сухой контакт» либо «открытый коллектор»

Дискретный выход (1 шт.)

Встроенный гальванически развязанный интерфейс RS-485 с открытым протоколом MODBUS RTU (опция)

15 В постоянного тока, 100 мА

Медленная перегрузка по току, быстрая перегрузка по току, перегрев, межфазное замыкание нагрузки, замыкание фазы нагрузки на землю, обрыв/перекос фаз сети, высокое/низкое напряжение сети, защита двигателя от заклинивания / холостого хода по коэффициенту мощности

Параметры окружающей среды

УХЛ3.1 по ГОСТ15150

IP20 по ГОСТ 14254

Нормальная рабочая температура

Предельная рабочая температура

-10°С . +50°С (с ограничением мощности)

от 20% до 90%, без образования конденсата

Требования к месту установки

До 1000 м над уровнем моря (выше с ограничением мощности)
Отсутствие в воздухе токопроводящих взвесей (металлическая, угольная пыль)
Отсутствие агрессивных и легковоспламеняющихся жидкостей и газов
Отсутствие действия прямых солнечных лучей

Частота не более 20 Гц, амплитуда не более 0,2g

Расположение клеммных колодок

Силовые клеммы

Клеммы управления

Выход +15В, 150 мА

Входы сигнала тока 4-20 мА, Rвх=100 Ом

Дискретный выход«открытый коллектор»

Общий провод дискретного выхода

ER-G-220 — первый российский частотник для двигателей, работающих от однофазной сети 220В

Варианты исполнения

• ER-G-220-01 — универсальный частотный преобразователь для однофазного двигателя.
• ER-G-220-02 (ERMANGIZER)- насосный ПЧ

Область применения:

• ER-G-220-01 — частотный преобразователь для электродвигателя однофазный применяющийся в конвейерах, компрессорах, вентиляторах, дымососах, станках и др.
• ER-G-220-02 — погружные и поверхностные насосы в системах водоснабжения коттеджей, дач, индивидуальных домов, ферм.

Частотный преобразователь для однофазного двигателя ER-G-220-02 продается как в качестве самостоятельного изделия, так в составе системы водоснабжения «ERMANGIZER».