Как увеличить мощность электродвигателя конденсатором: как увеличить мощность(крутящий момент) двигателя — Электропривод

Содержание

Как повысить эффективность электродвигателя — Fluidbusiness

Большинство насосов приводятся в действие с помощью асинхронных электродвигателей, это означает, что  двигатели вносят вклад в общую эффективность насосной системы.

Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира.

Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т.к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру.


Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с.). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска).

Проблема эффективности двигателя

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными. Оптимизация эффективности электродвигателя насоса может обеспечить реальную экономию стоимости рабочего цикла на протяжении всего срока службы насоса/электродвигателя. Ключевыми факторами, которые влияют на эффективность асинхронного двигателя являются:

  • относительная нагрузка двигателя (негабаритные двигатели находящиеся под нагрузкой)
  • скорость вращения (число полюсов)
  • размер двигателя (номинальная мощность)
  • класс двигателя: обычный КПД в сравнении с энергоэффективностью в с равнении с высоким КПД

Эффективность электродвигателя при частичной загрузке

Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с  

относительной нагрузкой на электродвигатель по сравнению с номинальной характеристикой. Вплоть до  нагрузки в 50% эффективность большинства электродвигателей остается линейной и для некоторых электродвигателей достигает пика у отметки 75%. Электродвигатели могут работать при нагрузке меньше 50% только в течение короткого промежутка времени и не могут эксплуатироваться при нагрузках меньше 20% от номинальных. Таким образом, когда отрегулированные рабочие колеса или насосы возвращаются к своим кривым «напор-подача», необходимо оценить воздействие относительной нагрузки на электродвигатель.

Рисунок 2: Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов — Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя

Скорость вращения

На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы. Также следует отметить, что номинальная мощность электродвигателя влияет на его эффективность, большие электродвигатели имеют большую эффективность, чем малые.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя

Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле:
n = 120*f/p
где:
n = скорость вращения в об/мин
f = частота питающей сети (Гц)
p = количество полюсов (min = 2)

Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения.

Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее.

Рисунок 3. Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПД

Электродвигатели с высоким КПД

На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше.

Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока  существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД). Т.к. входная мощность на валу насоса пропорциональна скорости в кубе, простая замена старого электродвигателя новым с высоким КПД не обязательно приведет к снижению потребления энергии.

С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса — это хорошо, замена старого  
электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана.

Коэффициент мощности электродвигателя

Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется «Коэффициент Мощности«. Некоторые  
коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения  
коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте  
мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД,  
коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки.

Определение коэффициента мощности:

Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды напряжения, который выбарабывает меньшее количество полезной мощности.
Сдвиг, вызванный необходимым током намагничивания двигателя
PF = Pi/KVA
Где:
KVA = VxIx(3)

0.5/1,000

Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного  
электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.
Где:
Pi = VxIxPF(3)0.5/1,000

Pi= трехфазный вход кВт
V= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)
I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)
PF= коэффициент мощности в виде дроби

Хотя коэффициент мощности не влияет напрямую на КПД электродвигателя, он оказывает влияние на потери  в сети, как это упоминалось выше. Однако, есть способы увеличения PF (коэффициента мощности), а именно:

  • покупка электродвигателей с изначально высоким PF
  • не покупайте слишком большие электродвигатели (коэффициент мощности падает вместе с уменьшением  
  • нагрузки на электродвигатель)
  • установка компенсирующих конденсаторов параллельно с обмотками электродвигателя
  • увеличить полную загрузку коэффициента мощности до 95% (Max)
  • преобразование в привод с частотным регулированием

Пусковые конденсаторы электродвигателей являются одним из наиболее поппулярных способов увеличения коэффициента мощности и имеют следующий список преимуществ:
  • увеличение PF
  • меньшение реактивного тока от электрооборудования через кабели и пускатели электродвигателейменьшее тепловыделение и потери мощности кВт
  • По мере уменьшения нагрузки на электродвигатель растет возможность экономии, а PF  
  • падает ниже 60%-70%. (возможная экономия 10%)
  • Уменьшение сборов за коэффициент мощности
  • Увеличение общей производительности системы
  • Интеллектуальная система управления электродвигателем
  • Частотно-регулируемый электропривод

Более высокое напряжение
Другим способом повышения КПД электродвигателя является повышение рабочего напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже ток и, тем самым будут ниже потери в сети. Однако, высокое напряжение приведет к увеличению цены частотно-регулируемого привода и сделает работу более опасной.

Выводы
Таким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о  
КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют.

Как увеличить мощность электродвигателя 220 вольт? – Tokzamer

Регулировка оборотов электродвигателя 220В, 12В и 24В

Для плавности увеличения и уменьшения скорости вращения вала существует специальный прибор – регулятор оборотов электродвигателя 220в. Стабильная эксплуатация, отсутствие перебоев напряжения, долгий срок службы – преимущества использования регулятора оборотов двигателя на 220, 12 и 24 вольт.

Способы изменения вращения зависят от модели электрической машины. Характеристики электрических машин отличаются: постоянного и переменного тока, однофазные, трехфазные. Поэтому говорить нужно о каждом случае отдельно.

Простейший вариант

Легче всего изменять обороты электродвигателя постоянного тока. Они меняются простым изменением напряжения питания. Причем неважно где: на якоре или на возбуждении, но это касается только маломощных машин с минимальной нагрузкой. В основном управление скоростью вращения производят по цепи якоря. Более того, здесь возможно реостатное регулирование, если мощность мотора небольшая, или есть довольно мощный реостат.

Это самый неэкономичный вариант. Механические характеристики двигателя с независимым возбуждением самые невыгодные из-за больших потерь, результатом чего является падение механической мощности, КПД.

Еще одна возможность – введение реостата в обмотку возбуждения. Рассматривая характеристики двигателя с независимым возбуждением, увидим, что регулирование скорости вращения возможно только в сторону увеличения оборотов. Это происходит ввиду насыщения обмотки.

Итак, реостатное регулирование скорости вращения аппарата независимого возбуждения оправдано в системах с минимальной нагрузкой. Лучше всего, когда работа при таком включении буде периодической.

В цепи якоря

Это лучший вариант регулирования скорости мотора с независимым возбуждением. Частота вращения прямо пропорциональна подводимому к якорю напряжению. Механические характеристики не меняют своего угла наклона, а перемещаются параллельно друг другу.

Для осуществления этой схемы нужно цепь якоря подключить к источнику напряжения, которое можно менять.

Это возможно в электрических машинах малой или средней мощности. Двигатель большой мощности целесообразно подключить в схему с генератором напряжения независимого возбуждения.

В качестве привода для генератора используют обычный трехфазный асинхронник. Чтобы уменьшить обороты, достаточно на якоре понизить напряжение. Оно меняется от номинального и вниз. Эта схема имеет название «двигатель-генератор». Таким образом можно менять параметры на двигателе 220в.

Для низкого напряжения

Управление агрегатами на 12в проще из-за более низкого напряжения и как следствие, более доступных деталей. Вариантов подобных схем множество, поэтому важно понять сам принцип.

Такой двигатель имеет ротор, щеточный механизм и магниты. На выходе у него всего два провода, контролирование скорости идет по ним. Питание может быть 12, 24, 36в, или другое. Что нужно – это его менять. Лучше, когда в пределах от нуля до максимума. В более простых вариантах 12–0в не получится, другие варианты дают такую возможность.

Кто-то паяет радиоэлементы навесным монтажом, кто-то набирает печатную плату – это уже зависит от желания и возможностей каждого человека.

Этот вариант подойдет, если точность неважна: например, вентилятор. Напряжение меняется от 0 до 12 вольт, пропорционально меняется крутящий момент.

Другой вариант – со стабилизацией оборотов независимо от нагрузки на валу.

Питание 12 вольт, схема очень проста. Двигатель набирает обороты плавно, и также плавно их сбавляет так как напряжение на выходе меняется в пределах 12–0в. Как результат – можно убрать крутящий момент практически до нуля. Если потенциометр крутить в обратном направлении, мотор так же постепенно набирает обороты до максимума. Микросхема очень распространенная, ее характеристики тоже подробно описаны. Питание 12–18в.

Есть еще один вариант, только это уже не для 12, а для 24в питания.

Двигатель постоянного тока, питание – переменное, так как стоит диодный мост. При желании можно мост выбросить и запитывать постоянкой от своего блока питания.

От сети

Однофазные электродвигатели переменного тока также позволяют регулировать вращение ротора.

Коллекторные машины

Такие моторы стоят на электродрелях, электролобзиках и другом инструменте. Чтобы уменьшить или увеличить обороты, достаточно, как и в предыдущих случаях, изменять напряжение питания. Для этой цели также есть свои решения.

Конструкция подключается непосредственно к сети. Регулировочный элемент – симистор, управление которого осуществляется динистором. Симистор ставится на теплоотвод, максимальная мощность нагрузки – 600 Вт.

Если есть подходящий ЛАТР, можно все это делать при помощи его.

Двухфазный двигатель

Аппарат, имеющий две обмотки – пусковую и рабочую, по своему принципу является двухфазным. В отличие от трехфазного имеет возможность менять скорость ротора. Характеристика крутящегося магнитного поля у него не круговая, а эллиптическая, что обусловлено его устройством.

Есть две возможности контролирования числа оборотов:

  1. Менять амплитуду напряжения питания (Uy),
  2. Фазное – меняем емкость конденсатора.

Такие агрегаты широко распространены в быту и на производстве.

Обычные асинхронники

Электрические машины трехфазного тока, несмотря на простоту в эксплуатации, обладают рядом характеристик, которые нужно учитывать. Если просто изменять питающее напряжение, будет в небольших пределах меняться момент, но не более. Чтобы в широких пределах регулировать обороты, необходимо довольно сложное оборудование, которое просто так собрать и наладить сложно и дорого.

Для этой цели промышленностью налажен выпуск частотных преобразователей, помогающих менять обороты электродвигателя в нужном диапазоне.

Асинхронник набирает обороты в согласии с выставленными на частотнике параметрами, которые можно менять в широком диапазоне. Преобразователь – самое лучшее решение для таких двигателей.

Выбираем устройство

Для того чтобы подобрать эффективный регулятор необходимо учитывать характеристики прибора, особенности назначения.

  1. Для коллекторных электродвигателей распространены векторные контроллеры, но скалярные являются надёжнее.
  2. Важным критерием выбора является мощность. Она должна соответствовать допустимой на используемом агрегате. А лучше превышать для безопасной работы системы.
  3. Напряжение должно быть в допустимых широких диапазонах.
  4. Основное предназначение регулятора преобразовывать частоту, поэтому данный аспект необходимо выбрать соответственно техническим требованиям.
  5. Ещё необходимо обратить внимание на срок службы, размеры, количество входов.

Прибор триак

Устройство симистр (триак) используется для регулирования освещением, мощностью нагревательных элементов, скоростью вращения.

Схема контроллера на симисторе содержит минимум деталей, изображенных на рисунке, где С1 – конденсатор, R1 – первый резистор, R2 – второй резистор.

С помощью преобразователя регулируется мощность методом изменения времени открытого симистора. Если он закрыт, конденсатор заряжается посредством нагрузки и резисторов. Один резистор контролирует величину тока, а второй регулирует скорость заряда.

Когда конденсатор достигает предельного порога напряжения 12в или 24в, срабатывает ключ. Симистр переходит в открытое состояние. При переходе напряжения сети через ноль, симистр запирается, далее конденсатор даёт отрицательный заряд.

Преобразователи на электронных ключах

Тиристорные регуляторы мощности являются одними из самых распространенных, обладающие простой схемой работы.

Тиристор, работает в сети переменного тока.

Отдельным видом является стабилизатор напряжения переменного тока. Стабилизатор содержит трансформатор с многочисленными обмотками.

Схема стабилизатора постоянного тока

Зарядное устройство 24 вольт на тиристоре

Принцип действия заключаются в заряде конденсатора и запертом тиристоре, а при достижении конденсатором напряжения, тиристор посылает ток на нагрузку.

Процесс пропорциональных сигналов

Сигналы, поступающие на вход системы, образуют обратную связь. Подробнее рассмотрим с помощью микросхемы.

Микросхема TDA 1085

Микросхема TDA 1085, изображенная выше, обеспечивает управление электродвигателем 12в, 24в обратной связью без потерь мощности. Обязательным является содержание таходатчика, обеспечивающего обратную связь двигателя с платой регулирования. Сигнал стаходатчика идёт на микросхему, которая передаёт силовым элементам задачу – добавить напряжение на мотор. При нагрузке на вал, плата прибавляет напряжение, а мощность увеличивается. Отпуская вал, напряжение уменьшается. Обороты будут постоянными, а силовой момент не изменится. Частота управляется в большом диапазоне. Такой двигатель 12, 24 вольт устанавливается в стиральные машины.

Своими руками можно сделать прибор для гриндера, токарного станка по дереву, точила, бетономешалки, соломорезки, газонокосилки, дровокола и многого другого.

Промышленные регуляторы, состоящие из контроллеров 12, 24 вольт, заливаются смолой, поэтому ремонту не подлежат. Поэтому часто изготавливается прибор 12в самостоятельно. Несложный вариант с использованием микросхемы U2008B. В регуляторе используется обратная связь по току или плавный пуск. В случае использования последнего необходимы элементы C1, R4, перемычка X1 не нужна, а при обратной связи наоборот.

При сборе регулятора правильно выбирать резистор. Так как при большом резисторе, на старте могут быть рывки, а при маленьком резисторе компенсация будет недостаточной.

Важно! При регулировке контроллера мощности нужно помнить, что все детали устройства подключены к сети переменного тока, поэтому необходимо соблюдать меры безопасности!

Регуляторы оборотов вращения однофазных и трехфазных двигателей 24, 12 вольт представляют собой функциональное и ценное устройство, как в быту, так и в промышленности.

Измерения

Понятно, что число оборотов нужно как-то определять. Для этого используют тахометры. Они показывают число вращения на данный момент. Обычным мультиметром просто так измерить скорость не получится, разве что на автомобиле.

Как видно, на электрических машинах можно менять различные параметры, подстраивая их под нужды производства и домашнего хозяйства.

Как повысить эффективность электродвигателя

Большинство насосов приводятся в действие с помощью асинхронных электродвигателей, это означает, что двигатели вносят вклад в общую эффективность насосной системы.

Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира.

Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т.к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру.


Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с.). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска).

Проблема эффективности двигателя

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными. Оптимизация эффективности электродвигателя насоса может обеспечить реальную экономию стоимости рабочего цикла на протяжении всего срока службы насоса/электродвигателя. Ключевыми факторами, которые влияют на эффективность асинхронного двигателя являются:

  • относительная нагрузка двигателя (негабаритные двигатели находящиеся под нагрузкой)
  • скорость вращения (число полюсов)
  • размер двигателя (номинальная мощность)
  • класс двигателя: обычный КПД в сравнении с энергоэффективностью в с равнении с высоким КПД

Эффективность электродвигателя при частичной загрузке

Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с
относительной нагрузкой на электродвигатель по сравнению с номинальной характеристикой. Вплоть до нагрузки в 50% эффективность большинства электродвигателей остается линейной и для некоторых электродвигателей достигает пика у отметки 75%. Электродвигатели могут работать при нагрузке меньше 50% только в течение короткого промежутка времени и не могут эксплуатироваться при нагрузках меньше 20% от номинальных. Таким образом, когда отрегулированные рабочие колеса или насосы возвращаются к своим кривым «напор-подача», необходимо оценить воздействие относительной нагрузки на электродвигатель.

Рисунок 2: Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов — Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя

Скорость вращения

На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы. Также следует отметить, что номинальная мощность электродвигателя влияет на его эффективность, большие электродвигатели имеют большую эффективность, чем малые.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя

Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле:
n = 120*f/p
где:
n = скорость вращения в об/мин
f = частота питающей сети (Гц)
p = количество полюсов (min = 2)

Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения.

Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее.

Рисунок 3. Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПД

Электродвигатели с высоким КПД

На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше.

Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД). Т.к. входная мощность на валу насоса пропорциональна скорости в кубе, простая замена старого электродвигателя новым с высоким КПД не обязательно приведет к снижению потребления энергии.

С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса — это хорошо, замена старого
электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана.

Коэффициент мощности электродвигателя

Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется «Коэффициент Мощности«. Некоторые
коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения
коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте
мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД,
коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки.

Определение коэффициента мощности:

Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды напряжения, который выбарабывает меньшее количество полезной мощности.
Сдвиг, вызванный необходимым током намагничивания двигателя
PF = Pi/KVA
Где:
KVA = VxIx(3) 0.5 /1,000

Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного
электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.
Где:
Pi = VxIxPF(3) 0.5 /1,000

Pi= трехфазный вход кВт
V= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)
I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)
PF= коэффициент мощности в виде дроби

Хотя коэффициент мощности не влияет напрямую на КПД электродвигателя, он оказывает влияние на потери в сети, как это упоминалось выше. Однако, есть способы увеличения PF (коэффициента мощности), а именно:

  • покупка электродвигателей с изначально высоким PF
  • не покупайте слишком большие электродвигатели (коэффициент мощности падает вместе с уменьшением
  • нагрузки на электродвигатель)
  • установка компенсирующих конденсаторов параллельно с обмотками электродвигателя
  • увеличить полную загрузку коэффициента мощности до 95% (Max)
  • преобразование в привод с частотным регулированием

Пусковые конденсаторы электродвигателей являются одним из наиболее поппулярных способов увеличения коэффициента мощности и имеют следующий список преимуществ:

  • увеличение PF
  • меньшение реактивного тока от электрооборудования через кабели и пускатели электродвигателейменьшее тепловыделение и потери мощности кВт
  • По мере уменьшения нагрузки на электродвигатель растет возможность экономии, а PF
  • падает ниже 60%-70%. (возможная экономия 10%)
  • Уменьшение сборов за коэффициент мощности
  • Увеличение общей производительности системы
  • Интеллектуальная система управления электродвигателем
  • Частотно-регулируемый электропривод

Более высокое напряжение
Другим способом повышения КПД электродвигателя является повышение рабочего напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже ток и, тем самым будут ниже потери в сети. Однако, высокое напряжение приведет к увеличению цены частотно-регулируемого привода и сделает работу более опасной.

Выводы
Таким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о
КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют.

Однофазные электродвигатели 220в: особенности подключения

В наше время трудно найти человека, который бы не знал что такое однофазный электродвигатель. Однофазные электродвигатели 220 в выпускаются серийно уже довольно много лет. Они востребованы в сельском хозяйстве, быту человека, на производстве, в частных и государственных мастерских. Однофазные двигатели 220 В пользуются высокой популярностью.

Общие понятия

Асинхронный двигатель 220 вольт, однофазный, требует питания переменным электрическим током, сеть для подключения такого агрегата должна быть однофазной. Однофазные двигатели 220 в работают при напряжении в сети 220 вольт, частоте 50 герц. Эти электрические величины поддерживаются во всех бытовых электрических сетях, в домах, квартирах, дачах, коттеджах, по всей территории России, а в США напряжение в бытовой электрической сети составляет 110 вольт. На производстве же в нашей стране сетевое напряжение имеется однофазное, трёхфазное, и другие виды электрических сетей.

Применение однофазных моторов

Такой тип моторов применяют для работы устройств с малой мощностью.

  1. Бытовая техника.
  2. Вентиляторы небольшого размера.
  3. Электронасосы.
  4. Станки, предназначенные для обработки сырья.

Заводы производят электродвигатели однофазные 220 В малой мощности различных моделей, с разным числом оборотов и мощностью. Стоит отметить, что однофазные моторы уступают трёхфазным в нескольких параметрах.

  1. Эти моторы имеют меньшие значения КПД.
  2. Пускового момента.
  3. Мощности.
  4. Способность выдерживать перегрузку у трёхфазных электромоторов выше, чем у однофазных.

Эти параметры меньше при условии, когда трёхфазные моторы имеют такой же размер.

Устройство электродвигателя

Однофазные двигатели 220 В имеют две фазы, но основная работа выполняется одной, и такие моторы стали называть однофазными. В состав мотора входят следующие детали.

  1. Статор, или неподвижная часть мотора.
  2. Ротор, или подвижная (вращающаяся) часть мотора.

Однофазный электромотор можно охарактеризовать как асинхронный электрический мотор, в котором имеется рабочая обмотка на его неподвижной части, она подключается к сети переменного однофазного тока.

Пусковая катушка

Для того чтобы однофазный мотор мог самостоятельно запускаться и начинать вращение, на них устанавливается ещё одна катушка. Она разработана для запуска двигателя. Пусковая катушка устанавливается по отношению к рабочей со смещением на 90 градусов. Для того чтобы получить сдвиг токов, следует установить в цепь звено, которое будет сдвигать фазы. В качестве фазосдвигающего звена могут выступать несколько средств.

  1. Активный резистор.
  2. Конденсатор.
  3. Катушка индуктивности.

Ротор и статор мотора металлические. Для того чтобы изготовить ротор или статор, нужна специальная электротехническая сталь марки 2212.

Двух и трёхфазные моторы

Существует возможность 2 или 3-фазный мотор подключить к однофазному источнику питания. Иногда по ошибке такие моторы называют однофазными. Это заблуждение, правильно будет называть это «двух (или трёх) фазный электромотор, подключённый в однофазную сеть питания переменного тока». Просто подключить двух или трёхфазный мотор в однофазную сеть не получится. Нужна схема согласования.

Таких схем есть несколько, согласование можно реализовать при помощи конденсаторов. После подключения к мотору конденсаторов согласно схеме, мотор будет работать, причём все фазы мотора будут работать, они всё время будут находиться под напряжением и выполнять работу по вращению ротора.

Принцип действия

Переменный электроток создаёт магнитное поле в статоре, которое имеет два поля, они одинаковы по амплитуде, частоте, но разнонаправленны. Эти поля воздействуют на неподвижный ротор, и, вследствие того, что поля разнонаправленны, ротор начинает вращение. При отсутствии в моторе пускового механизма, то ротор будет стоять на месте. Ротор, начав вращение в одну сторону, будет вращаться далее в этом же направлении.

Запуск мотора

Посредством магнитного поля производится запуск мотора, магнитное поле, воздействуя на ротор, принуждает его вращаться. Создают магнитное поле главная и дополнительная катушки, пусковая имеет меньший размер, подключается она к дополнительной через конденсатор, катушку индуктивности или активный резистор.

Если мотор низкой мощности, пусковая фаза замкнута. Чтобы запустить такой двигатель, подключать электричество к пусковой катушке можно лишь временно, не более чем на три секунды. Для этого существует пусковая кнопка. Кнопка вставлена в пусковое устройство.

Когда происходит нажатие пусковой кнопки, происходит подача электроэнергии на рабочую и на пусковую катушку одновременно, двигатель в эти первые секунды запуска работает как двухфазный, но через три секунды ротор уже набрал обороты, мотор запустился, и кнопка отпускается. Прекращается подача электроэнергии на пусковую катушку, но подача электричества на рабочую обмотку не прекращается, так устроено пусковое устройство, затем устройство работает уже как однофазное.

Важно помнить, что не следует долго держать пусковую кнопку, так как пусковая катушка может перегреться и выйти со строя, она рассчитана на работу несколько секунд. Для обеспечения безопасности в корпусе однофазного силового агрегата может быть встроено тепловое реле, центробежный выключатель. Центробежный выключатель устроен таким образом, что когда ротор набрал обороты, центробежный выключатель выключается сам, без вмешательства человека. Пусковой ток однофазного двигателя выше рабочего, после запуска ток снижается до уровня рабочего. Схему подключения однофазного двигателя смотрите здесь.

Тепловое реле

Тепловое реле действует следующим образом: при нагревании обмоток до установленного на реле предела, реле производит прекращение подачи электроэнергии на обе фазы, таким образом, исключается выход из строя при перегрузке или другой причине, это не даст возникнуть пожару.

Достоинства

К положительным качествам такого мотора можно отнести простоту его устройства, ротор в этой конструкции короткозамкнутый, обмотка статора не представляет собой большой сложности.

Недостатки

Кроме достоинств, в этом моторе имеются и некоторые недостатки.

  1. Невысокий пусковой момент мотора.
  2. Низкий КПД электродвигателя.
  3. Электродвигатель не способен генерировать магнитное поле, которое выполняет вращение.

По этой причине такой двигатель сам не может начать вращение. Дело в том что для того, чтобы мотор начал вращение, он должен иметь не менее двух обмоток, а следовательно, и двух фаз, но мотор имеет одну фазу изначально, таково его устройство. Кроме наличия двух фаз, требуется чтобы одна обмотка была смещена по отношению к другой на определённый угол.

Подключение двигателя

Подключать двигатель нужно в однофазную сеть переменного напряжения 220 вольт, частотой 50 герц. Эти номиналы электроэнергии имеются во всех жилых помещениях нашей страны, и вследствие этого однофазные моторы имеют огромную популярность. Они установлены во всей бытовой технике, такой как.

  1. Холодильник.
  2. Пылесос.
  3. Соковыжималка.
  4. Триммер.
  5. Кусторез электрический.
  6. Швейная машинка.
  7. Электродрель.
  8. Миксер кухонный.
  9. Вентилятор.
  10. Насос водяной.

Разновидности подключения

  1. Подключение с пусковой катушкой.
  2. Подключение с рабочим конденсатором.

Электродвигатели однофазные 220 В малой мощности с пусковой катушкой имеют включённый в цепь конденсатор во время старта. После разгона ротора катушка отключается. Если мотор сделан с рабочим конденсатором, цепь пуска не размыкается, идёт постоянная работа пусковой обмотки через конденсатор.

Существует возможность использовать один электромотор для разных целей. Один и тот же мотор можно снять с одной техники и установить на другую. Включать однофазный двигатель можно тремя схемами.

  1. Происходит временное включение электричества на пусковую обмотку через конденсатор.
  2. Происходит кратковременная подача напряжения на пусковое устройство через резистор, без конденсатора.
  3. Электричество подаётся через конденсатор на пусковую обмотку постоянно, одновременно с работой рабочей обмотки.

При использовании в цепи пуска резистора, обмотка будет иметь активное сопротивление выше. Произойдёт сдвиг фаз, достаточный для начала вращения. Можно использовать пусковую обмотку, в которой большее сопротивление и меньшая индуктивность. Чтобы обмотка соответствовала своим параметрам, она должна иметь меньше витков, тоньше провод.

Конденсаторный пуск представляет собой подключение конденсатора к пусковой обмотке и временную подачу электроэнергии. Чтобы достичь максимального значения момента пуска, нужно круговое магнитное поле, оно должно выполнить вращение. Для этого нужно расположение обмоток под углом 90 градусов. Такого сдвига резистором добиться невозможно. Если ёмкость конденсатора рассчитать правильно, то удастся сдвинуть обмотки под угол 90 градусов.

Вычисление принадлежности проводов

Чтобы вычислить провода, подключающие пусковую обмотку и рабочую, нужно иметь прибор, измеряющий омы или тестер. Нужно замерять сопротивления обмоток. Сопротивление рабочей обмотки должно быть меньше, чем пусковой. Например, если замеры показали у одной обмотки 12 Ом, а у другой 30 Ом, то первая из них рабочая, а вторая пусковая. Рабочая обмотка будет иметь большее сечение чем пусковая.

Подборка ёмкости конденсатора

Чтобы подобрать ёмкость конденсатора, нужно знать, какой ток потребляет электромотор. Если он потребляет ток 1,4 ампера, то нужен конденсатор, ёмкость которого составляет 6 микрофарад.

Проверка работоспособности

Начать проверку следует с визуального осмотра.

  1. Если у агрегата была отломана опора, то вследствие этого он тоже мог работать плохо.
  2. В случае если потемнел корпус посередине, это говорит о том что он чрезмерно перегревался.
  3. Возможно, что в разрез корпуса попали разные посторонние вещи, это будет замедлять его и способствовать перегреву.
  4. Если подшипники загрязнены, будет происходить перегревание.
  5. Износ подшипников будет причиной перегревания.
  6. Если к пусковой обмотке 220v подключён конденсатор завышенной ёмкости, то он будет перегреваться. При подозрении на конденсатор нужно отключить его от пусковой обмотки, включить двигатель в сеть, вручную прокрутить вал, произойдёт запуск и начнётся вращение. Нужно дать мотору поработать около пятнадцати минут, затем проверить, не нагрелся ли он. Если мотор не нагрелся, то причина была в повышенной ёмкости конденсатора. Нужно установить конденсатор меньшей ёмкости.

Электродвигатели однофазные 220 в малой мощности выпускаются совершенно разных моделей и для разных целей, и, прежде чем купить изделие, нужно чётко понимать, какова нужна мощность, тип крепления, количество оборотов в минуту, и прочие характеристики.

Как улучшить характеристики мотора от стиралки

Электромотор от стиральной машины принято считать одним из самых доступных (достать его и вправду — не проблема), однако особой популярностью у самодельщиков он почему-то не пользуется.

Одна из причин, которую часто озвучивают сами домашние умельцы, заключается в том, что двигатель мало пригоден для изготовления серьезных гаражных самоделок — каши из него не сваришь.

В большинстве случаев характеристики мотора действительно оставляют желать лучшего: то оборотов у него не хватает, то мощности маловато.

Советуем вам также прочитать: как изготовить бюджетный очиститель воздуха для домашнего пользования.

Так что делать с двигателем от стиралки: оставить или выбросить?

Если вам в руки попался рабочий движок от стиральной машины, не спешите отправлять его на металлолом. Даже после всего того, что вы прочитали выше. Все недостатки, которые у него имеются, можно исправить.

Автор YouTube канала « КУЙ железо » поделится с нами способом, как приспособить электродвигатель от стиралки для гаража, чтобы его можно было использовать для разных самоделок.

Одним словом — будем насильно улучшать характеристики этого мотора, чтобы расширить область его применения и адаптировать под определенные задачи.

А вообще нужно отметить, что сам по себе электродвигатель от стиральной машины в умелых руках может стать весьма ценным приобретением.

Например, на основе мотора из стиралки можно сделать неплохой ленточный шлифовальный станок , и даже настольный токарный станок .

Основные этапы работ по улучшению электродвигателя

Первым делом необходимо снять шкив с вала двигателя. Это можно сделать с помощью самодельного съемника или, разрезав его тонким диском от дремеля.

Далее нужно будет изготовить переходную муфту на вал.

Сначала автор планировал сделать ее из двух удлиненных гаек разного диаметра, но в ходе испытания оказалось, что у такой самодельной муфты присутствует приличное биение.

Поэтому было решено пойти другим путем (это, в частности, хорошая альтернатива для тех, у кого нет токарного станка).

Из куска металла автор вырезал заготовку нужного размера. Затем он просверлил в ней отверстие и до середины нарезал резьбу.

После этого заготовка обтачивается сначала на гриндере (стачиваются грани), а потом мастер обрабатывает ее на наждачной бумаге, накрутив на вал болгарки.

С другой стороны заготовки сверлим отверстие под вал двигателя.

Далее нам потребуется редуктор от вышедшей из строя УШМ. Для его крепления автор решил сделать крепежную плиту.

Финальная часть работ: процесс сборки

Электродвигатель крепим к основанию — стальной пластине нужного размера. К ней же надо будет прикрепить крепежную пластину и редуктор от болгарки.

В данном случае автор решил пойти сложным путем — добиться увеличения оборотов мотора. Но у него это отлично получилось.

Подробно о том, как улучшить характеристики двигателя от стиральной машины, смотрите на видео ниже.

9 Комментарии

Что за дебилизм. На двигателе от стиральной машины от 13000 до 18000 оборотов! Он что хочет вертолёт сделать?Ав тора в психушку срочно!

Автор, с какого бодуна у тебя редуктор стал повышать или понижать мощность .

Дебилизм не в оборотах, на фото электро двигатель асинхронный, обороты у него максимум 1490 в минуту , это при двух пар полюсов , при одной паре полюсов обороты будут 2850 в минуту , то-есть чуть менее зооо об/мин и в первом случае 1500 об/мин, частоты вращения магнитного поля. А то, что вы упоминаете,-это для двигателей постоянного тока, коллекторных
с последовательным возбуждение. для коллекторных двигателей характерно что он и могут работать как от переменного так и постоянного тока, пример все электродрели. На фото электродвигатель переменного тока, для стиралки с мощностью примерно 250-280 ватт и с такими-же размерами коллекторный двигатель будет мощностью 1500-2200 ватт. Дебилизм в том что автор просто только увеличивает на выходе обороты через редуктор при этом потеряет мощность на выходном валу,- потери в редукторе. Чтобы изменить характеристики асинхронного двигателя: обороты необходимо увеличить частоту например 500Гц., обороты возрастут в 10 раз, конечно необходимо увеличить и напряжение. чтобы сохранить потребляемый мотором ток, (при увеличении частоты для индуктивных нагрузок, уменьшается электрический ток) и при таких измененных параметрах частоты и напряжения, при сохранении тока в прежних величинах, увеличится и мощность примерно в 10 раз. Такое возможно при питании асинхронного электродвигателя от частотного преобразователя.

Это действительно двигатель от стиральной машины. У меня точно такой. по его технической характеристике при работе с регулятором оборотов он может выдавать от 480 до 17 000 оборотов в минуту. Это двигатель однофазный коллекторный переменного тока, а ни какой ни асинхронный.

Этот двигатель развивает 13000 оборотов в минуту и он коллекторный.

или он не смыслит в том о чем пишет, или считает себя слишком умным

Так какие ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ улучшены?

А подключить плату на TDA1085 для поддержания мощности на валу не слабо ?

Схемой на TDA 1085 (+ симистор) поддерживается не мощность на валу, а постоянство оборотов на валу вне зависимости от нагрузки, так же эта схема даёт возможность регулировки скорости вращения ротора двигателя.

Переделка электрического двигателя с 380 на 220 Вольт

  1. Что можно переделывать
  2. Этапы переделки
  3. Соединение обмоток
  4. Расчет конденсаторов
  5. Сборка по схеме
  6. Как поменять направление вращения

Если у вас есть трехфазный электродвигатель, вы знаете, что это недешевое удовольствие. Поэтому при необходимости использовать однофазный мотор, мысль о покупке нового оборудования посетит вас только тогда, когда вы не знаете, как сделать электродвигатель в домашних условиях. Мы расскажем, как переделать электрический двигатель с 380 на 220 Вольт своими руками.

Что можно переделывать

Для переделки подойдут маломощные электродвигатели 380 Вольт: до 3 кВт. Теоритически переподключаются и мощные моторы. Но это дополнительно повлечет за собой установку отдельного автомата в электрощите и проведение специальной проводки. И эти работы теряют смысл, если вдруг обнаруживается, что такую нагрузку не потянет вводной кабель.

Даже если ваша сеть держит высокие нагрузки, и вам удалось переделать двигатель от 3 кВт с 380 на 220 Вольт, вы огорчитесь при первом его пуске в ход. Запуск будет тяжелым. Вы решите, что труд был напрасным. Поэтому если переделывать, то именно маломощные модели.

Этапы переделки

Чтобы переделать электродвигатель с 380 Вольт на 220 сначала откиньте крышку мотора, чтобы посмотреть, сколько снаружи концов у статорных намоток. Их может быть 6 или 3. Если 6, то есть возможность поменять схему соединения: если была «звезда», можно перейти на «треугольник», и наоборот.

Если конца всего 3, значит, внутри короба намотки уже соединяются либо «звездой», либо «треугольником» (всего 6 концов, которые попарно объединяются клеммами, их и будет 3, так как на каждую клемму – 2 конца). В таком случае придется оставить прежнюю схему.

Внимание! Если вы решили поменять схему соединения статорных обмоток с тремя концами снаружи, то придется своими руками вскрыть корпус мотора. Это трудоемко, но возможно.

Соединение обмоток

Неважно, каков источник питания, трехфазный или однофазный, соединять статорные намотки можно любым из способов (можете прочитать подробнее про способы подключения электродвигателей):

  • Звезда;
  • Треугольник.

Звездой обычно соединяют намотки, если двигатель будет питаться от сети 380 В. Благодаря этому пуск становится плавным, хотя теряется треть мощности. Треугольник же рекомендуется при запитывании от 220 Вольт. Пусковые токи при этом не так высоки по сравнению с теми, что возникают от трехфазного питания. Зато мощность равна той, что дает «звездное» соединение, если мотор подключен к 380 В.

Схемы посмотрите ниже. Разница в том, что в первом случае соединяются все начала так, что получается трехконечная звезда. А во втором – конец одной обмотки соединяется с началом следующей так, что образуется фигура с тремя вершинами (треугольник).

Расчет конденсаторов

Когда концы намоток соединяют звездой или треугольником, образуется 3 места, где они стыкуются. На этих местах ставят клеммы. При питании от 380 Вольт на каждую из них подают фазу. Но наша задача, имея те же 3 контакта, подать лишь 1 фазу 220 Вольт и нуль. Это можно реализовать своими руками, компенсировав отсутствие трехфазного питания конденсаторами. Пусковой будет активным только на время запуска, а рабочий – постоянно.

Чтобы электрический двигатель хорошо запускался и работал, нужно правильно подобрать емкость конденсаторов. У рабочего накопителя она зависит от схемы соединения. Если это звезда, то работает формула:

Если треугольник, то формула преобразует свой вид:

Ср – искомая емкость рабочего накопительного элемента. U – напряжение в сети (220 Вольт). I – сила тока, которую находят по формуле:

Р – мощность, U – уже известное нам напряжение, ƞ – КПД, косинус «фи» — коэффициент мощности. Все эти значения можно посмотреть в техническом паспорте от вашего трехфазного мотора.

Расчет емкости пускового конденсатора (Сп) прост: умножьте Ср на 1,5 или 2. Если Ср=50 мкФ, то Сп будет от 75 до 100 мкФ. Поочередно ставьте то одну емкость, то другую, запуская каждый раз мотор. По звуку хода слушайте: если нет гула, то все в порядке.

Внимание! Конденсаторы обязательно должны быть бумажными. Для переделки двигателя своими руками хорошо идут МБГП или МБГО. Если не нашли накопителя нужной емкости, то соедините несколько штук параллельно.

Сборка по схеме

Схема выше показывает, как правильно соединить своими руками намотки статора с конденсаторами и проводами сети 220 В. К одной из вершин треугольника или звезды нужно подключить накопительные элементы параллельно друг другу (предусмотрите ключ для ручного отключения пускового накопителя после разгона). Затем их выводят либо на фазу, либо на ноль: неважно. От этого будет зависеть только направление вращения вала.

Как поменять направление вращения

Если поменять направление нужно только 1 раз, то это можно сделать еще на стадии переделки. Для этого достаточно поменять местами любые две обмотки статора. Той же цели достигает перекидывание ветки конденсаторов с нуля на фазу, или наоборот. Но если вам нужно часто реверсировать трехфазный переделанный мотор, необходим переключатель. Собрав электродвигатель по схеме ниже, вы освободите себя от смены намоток каждый раз, когда нужно задать обратное направление вращения вала.

В переделке трехфазного электрического двигателя под однофазную сеть своими руками нет ничего трудного. Наибольшую сложность составит только расчет емкости рабочего конденсатора и экспериментальный подбор емкости из подсчитанного диапазона для пускового накопителя. Но и это становится легко, если вы не потеряли технический паспорт, а под рукой есть калькулятор.

FAQ по электродвигателям | Техпривод

Какие электродвигатели применяются чаще всего?
Какие способы управления электродвигателями используются?
Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?
Как определить мощность электродвигателя?
Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?
Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?
Как увеличить мощность электродвигателя?
Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети?
Какие исполнения двигателей бывают?
Зачем электродвигателю тормоз?
Как двигатель обозначается на электрических схемах?
Почему греется электродвигатель?
Типичные неисправности электродвигателей

1. Какие электродвигатели применяются чаще всего?

Наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они имеют сравнительно простую конструкцию и относительно недороги.

Для работы асинхронного двигателя требуется трехфазное напряжение, создающее на обмотках статора вращающееся магнитное поле. Это поле приводит в движение ротор двигателя, который передает крутящий момент на нагрузку, например, на пропеллер вентилятора или редуктор конвейера. Изменяя конфигурацию обмоток статора, можно менять основные характеристики привода – частоту оборотов и мощность на валу. В случае работы асинхронного электродвигателя в однофазной сети применяют фазосдвигающие и пусковые конденсаторы.

Также в настоящее время находят применение двигатели постоянного тока. Данные приводы имеют щетки, подверженные износу и искрению. Кроме того, необходима обмотка подмагничивания (возбуждения), на которую подается постоянное напряжение. Несмотря на эти недостатки, электродвигатели постоянного тока используются там, где необходимо быстрое изменение скорости вращения и контроль момента, а также при мощностях более 100 кВт.

В быту также применяют коллекторные (щеточные) электродвигатели переменного тока, которые имеют низкую надежность по сравнению с асинхронными.

2. Какие способы управления электродвигателями используются на практике?

Управление электродвигателем подразумевает возможность изменения его скорости и мощности. Так, если на асинхронный двигатель подать напряжение заданной величины и частоты, он будет вращаться с номинальной скоростью и сможет обеспечить мощность на валу не более номинала. Если же нужно понизить или повысить скорость электродвигателя, используют преобразователи частоты. ПЧ может обеспечить нужный режим разгона и торможения, а также позволит оперативно управлять частотой работы.

Для обеспечения требуемого разгона и торможения без изменения рабочей частоты применяют устройство плавного пуска (УПП). Если нужно управлять только разгоном двигателя, используют схему включения «звезда-треугольник».

Для запуска двигателей без ПЧ и УПП широко применяются контакторы, которые позволяют дистанционно управлять пуском, остановом и реверсом.

3. Как прозвонить электродвигатель и определить его сопротивление?

Асинхронный электродвигатель, как правило, имеет три обмотки. У каждой обмотки есть по два вывода, которые должны быть обозначены в клеммной коробке двигателя. Если выводы обмоток известны, то можно легко прозвонить каждую из них и сравнить величину сопротивления с остальными обмотками. Если величины сопротивлений отличаются не более, чем на 1%, то скорее всего, обмотки исправны.

Сопротивление обмоток электродвигателя измеряется с помощью омметра, как и сопротивление обмоток трансформатора. Чем больше мощность двигателя, тем меньше сопротивление его обмоток, и наоборот.

4. Как определить мощность электродвигателя?

Проще всего определить номинальную мощность электродвигателя по шильдику. На нем указана механическая мощность (мощность на валу), значение которой всегда меньше потребляемой мощности за счет потерь на трение и нагрев. Однако, если шильдик на корпусе двигателя отсутствует, можно очень приблизительно оценить характеристики привода по его габаритам. При одинаковой мощности двигатель с бо́льшим диаметром вала будет иметь более высокую мощность на валу и меньшую частоту оборотов.

Также мощность можно определить по нагрузке и по настройкам защитных устройств, через которые питается двигатель (мотор-автомат, тепловое реле).

Еще один способ – включаем двигатель на номинальную мощность, обеспечив нужную нагрузку на валу. После этого измеряем токоизмерительными клещами ток, который должен быть одинаков по всем обмоткам. Для приблизительной оценки мощности асинхронного двигателя, подключенного по схеме «звезда», нужно разделить номинальный измеренный ток на 2.

5. Как увеличить или уменьшить обороты электродвигателя?

Управление скоростью вращения двигателя необходимо в трех режимах работы – при разгоне, торможении, и в рабочем режиме.

Наиболее универсальный способ управления оборотами — использование частотного преобразователя. Настройками ПЧ можно добиться любой частоты вращения в пределах технической возможности. При этом можно управлять и другими параметрами электродвигателя, а также следить за его состоянием во время работы. Частоту можно менять и плавно, и ступенчато.

Управление оборотами двигателя в режиме разгона и торможения возможно при использовании УПП. Это устройство позволяет значительно снизить пусковой ток за счет плавного разгона с медленным увеличением оборотов.

6. Как рассчитать ток и мощность электродвигателя?

Бывает так, что известен ток асинхронного двигателя (по измерениям в номинальном режиме или по шильдику), но неизвестна его мощность. Как в таком случае рассчитать мощность? Обычно используют следующую формулу:

Р = I (1,73·U·cosφ·η)

где:
Р – номинальная полезная мощность на валу двигателя в Вт (указывается на шильдике),
I – ток двигателя, А,
U – напряжение питания обмоток (380 В при подключении в «звезду», 220 В при подключении в «треугольник»),
cosφ, η – коэффициенты мощности и полезного действия для учета потерь (обычно 0,7…0,8).

Для расчета тока по известной мощности пользуются обратной формулой:

I = P/(1,73·U·cosφ·η)

Для двигателей мощностью 1,5 кВт и более, обмотки которых подключены в «звезду» (это подключение используется чаще всего), существует простое эмпирическое правило – чтобы приблизительно оценить ток двигателя, нужно умножить его мощность на 2.

7. Как увеличить мощность электродвигателя?

Номинальная мощность на валу, которая указывается на шильдике двигателя, обычно ограничивается допустимым током, а значит – нагревом корпуса привода. Поэтому при увеличении мощности необходимо предпринять дополнительные меры по охлаждению электродвигателя, установив отдельный вентилятор.

При использовании преобразователя частоты для повышения мощности можно изменить несущую частоту ШИМ, однако следует избегать перегрева ПЧ. Мощность также можно увеличить с помощью редуктора или ременной передачи, пожертвовав количеством оборотов, если это допустимо.

Если приведенные советы неприменимы – придётся менять двигатель на более мощный.

8. Каковы потери мощности при подключении трехфазного двигателя к однофазной сети (380 на 220)?

При таком подключении используются пусковой и рабочий фазосдвигающие конденсаторы. Номинальную мощность на валу в данном случае получить не удастся, и потери мощности составят 20-30% от номинала. Это происходит из-за невозможности обеспечить отсутствие перекоса по фазам при изменении нагрузки.

9. Какие исполнения двигателей бывают?

В зависимости от исполнения электродвигатели классифицируются по способу монтажа, классу защиты, климатическому исполнению. Существует два основных способа монтажа асинхронных электродвигателей – на лапах и через фланец. Оба варианта исполнения в различных комбинациях показаны в таблице ниже.

Виды климатического исполнения предполагают использование двигателя в определенных климатических зонах: умеренный климат (У), холодный климат (ХЛ), умеренно-холодный климат (УХЛ), тропический климат (Т), общеклиматическое исполнение (О), общеклиматическое морское исполнение (ОМ), всеклиматическое исполнение (В). Также различают категории размещения (на открытом воздухе, под навесом или в помещении и т.д.).

Класс защиты обозначает характер защиты двигателя от попадания пыли и влаги. Наиболее часто встречаются приводы с классами IP55 и IP55.

10. Зачем электродвигателю тормоз?

В некоторых устройствах (лифтах, электроталях, лебедках) при остановке двигателя необходимо зафиксировать его вал в неподвижном состоянии. Для этого применяют электромагнитный механический тормоз, который входит в конструкцию двигателя и располагается в его задней части. Управление тормозом осуществляется с помощью частотного преобразователя или схемы на контакторах.

11. Как двигатель обозначается на электрических схемах?

Электродвигатель обозначается на схемах с помощью буквы «М», вписанной в круг. Также на схемах могут быть указаны порядковый номер двигателя, количество фаз (1 или 3), род тока (переменный или постоянный), способ включения обмоток ( «звезда» или «треугольник»), мощность. Примеры обозначений показаны ниже.

12. Почему греется электродвигатель?

Двигатель может нагреваться по одной из следующих причин:

  • износ подшипников и повышенное механическое трение
  • увеличение нагрузки на валу
  • перекос напряжения питания
  • пропадание фазы
  • замыкание в обмотке
  • проблема с обдувом (охлаждением)

Нагрев двигателя резко снижает его ресурс и КПД, а также может приводить к поломке привода.

13. Типичные неисправности электродвигателей

Выделяют два вида неисправностей электродвигателей: электрические и механические.

К электрическим относятся неисправности, связанные с обмоткой:

  • межвитковое замыкание
  • замыкание обмотки на корпус
  • обрыв обмотки

Для устранения этих неисправностей требуется перемотка двигателя.

Механические неисправности:

  • износ и трение в подшипниках
  • проворачивание ротора на валу
  • повреждение корпуса двигателя
  • проворачивание или повреждение крыльчатки обдува

Замена подшипников должна производиться регулярно с учетом их износа и срока службы. Крыльчатка также меняется в случае повреждения. Остальные неисправности устранению практически не подлежат, и единственный выход — замена двигателя.

Если у вас есть вопросы, ответы на которые вы не нашли в данной статье, напишите нам. Будем рады помочь!

Другие полезные материалы:
Выбор электродвигателя
Использование тормозных резисторов с преобразователями частоты

Подключение конденсатора к электродвигателю — Всё о электрике

Как подключить однофазный асинхронный двигатель через конденсатор?

На промышленных объектах особых проблем, как подключить электродвигатель, не испытывают, там подводится трехфазная сеть. Работают асинхронные электродвигатели с тремя подключенными обмотками, расположенными по периметру цилиндрического статора. На каждую обмотку подсоединяемого двигателя производятся включения отдельной фазы, схема подключения электродвигателя обеспечивает сдвиг фаз переменного тока, создает крутящий момент, и моторы успешно вращаются.

В случае с бытовыми условиями на жилых объектах в частных домах и квартирах трехфазных электрических линий нет, прокладываются однофазные сети, где напряжение 220 вольт. Поэтому однофазный асинхронный двигатель подключается по другой схеме, требуется устройство с пусковой обмоткой.

Конструкция и принцип работы

Подключают электродвигатель через конденсатор по причине, что одна обмотка на статоре электродвигателя на 220 В с переменным током создает магнитное поле, которое компенсирует свои импульсы за счет смены полярности с частотой 50 Гц. В этом случае движок гудит, ротор остается на месте. Для создания крутящего момента делают дополнительные подсоединения пусковых обмоток, где электрический сдвиг по фазе будет 90° по отношению к рабочей обмотке.

Не путайте геометрические понятия угла расположения с электрическим сдвигом фаз. В геометрическом измерении обмотки в статоре размещаются друг напротив друга.

Чтобы осуществить это технически, конструкция электромотора предусматривает большое количество механических деталей и составляющих электрической схемы:

  • статор с основной и дополнительной обмоткой пуска;
  • короткозамкнутый ротор;
  • борно с группой контактов на панели;
  • конденсаторы;
  • центробежный выключатель и многие другие элементы, показанные выше на рисунке.

Рассмотрим, как подключить однофазный двигатель. С целью смещения фаз последовательно в пусковую обмотку включается конденсатор, при подключении однофазного асинхронного электродвигателя круговое магнитное поле наводит в роторе токи. Совокупность силы полей и токов создают вращающий импульс, прилагаемый к ротору, он начинает вращаться.

Схемы подключения

Варианты подключения двигателя через конденсатор:

  • схема подключения однофазного двигателя с использованием пускового конденсатора;
  • подключение электродвигателя с использованием конденсатора в рабочем режиме;
  • подключение однофазного электродвигателя с пусковым и рабочим конденсаторами.

Все эти схемы успешно применяются при эксплуатации асинхронных однофазных двигателей. В каждом случае есть свои достоинства и недостатки, рассмотрим каждый вариант более подробно.

Схема с пусковым конденсатором

Идея заключается в том, что конденсатор включается в цепь только при пуске, используется пусковая кнопка, которая размыкает контакты после раскрутки ротора, по инерции он начинает вращаться. Магнитное поле основной обмотки поддерживает вращение длительное время. В качестве кратковременного переключателя ставят кнопки с группой контактов или реле.

Поскольку схема кратковременного подключения однофазного двигателя через конденсатор предусматривает кнопку на пружине, которая при отпускании размыкает контакты, это дает возможность экономить, провода пусковой обмотки делают тоньше. Чтобы исключить межвитковое короткое замыкание, используют термореле, которое при достижении критической температуры отключает дополнительную обмотку. В некоторых конструкциях ставят центробежный выключатель, который при достижении определенной скорости вращения размыкает контакты.

Схемы и конструкции регулировки скорости вращения и предотвращения перегрузок электродвигателя на автомате могут быть различны. Иногда центробежный выключатель устанавливается на валу ротора или на других элементах, вращающихся от него с прямым соединением, или через редуктор.

Под действием центробежных сил груз оттягивает пружины с контактной пластиной, при достижении установленной скорости вращения замыкает контакты, переключатель реле обесточивает двигатель или подает сигнал на другой механизм управления.

Бывают варианты, когда тепловое реле и центробежный выключатель устанавливаются в одной конструкции. В этом случае тепловое реле отключает двигатель при воздействии критической температуры или усилиями раздвигающегося груза центробежного выключателя.

В связи с особенностями характеристик асинхронного двигателя конденсатор в цепи дополнительной катушки искажает линии магнитного поля, от круглой формы до эллиптической, в результате этого потери мощности увеличиваются, снижается КПД. Пусковые характеристики остаются хорошие.

Схема с рабочим конденсатором

Отличие этой схемы в том, что конденсатор после пуска не отключается, и вторичная обмотка на протяжении всей работы импульсами своего магнитного поля раскручивает ротор. Мощность электродвигателя в этом случае значительно увеличивается, форму электромагнитного поля можно попытаться приблизить от эллиптической формы к круглой подбором емкости конденсатора. Но в этом случае момент пуска более продолжительный по времени, и пусковые токи больше. Сложность схемы заключается в том, что емкость конденсатора для выравнивания магнитного поля подбирается с учетом токовых нагрузок. Если они будут меняться, то и все параметры будут не постоянными, для стабильности формы линий магнитного поля можно установить несколько конденсаторов с различными емкостями. Если при изменении нагрузки включать соответствующую емкость, это улучшит рабочие характеристики, но существенно усложняет схему и процесс эксплуатации.

Комбинированная схема с двумя конденсаторами

Оптимальным вариантом для усреднения рабочих характеристик является схема с двумя конденсаторами — пусковым и рабочим.

Установка и подбор компонентов

Конденсаторы имеют немалые габариты, поэтому не всегда помещаются во внутреннюю часть борно (распределительная коробка на корпусе электродвигателя).

В зависимости от места установки и других условий эксплуатации конденсаторы могут располагаться на внешней стороне двигателя рядом с коробкой расключения. В некоторых случаях конденсаторы выносят в отдельный корпус, расположенный недалеко от электродвигателя.

Величину емкости конденсаторов в идеальном случае с постоянной токовой нагрузкой можно рассчитать, но в большинстве случаев нагрузка нестабильна, и методика расчетов сложная. Поэтому опытные электрики руководствуются статистикой и практическим опытом:

  • для конденсаторов рабочей схемы емкость выбирается 0,75 мкФ на 1 кВт мощности;
  • для пусковых конденсаторов 1,8–2 мкФ на кВт мощности, при этом надо учитывать скачки напряжения в период пуска и остановки — они колеблются в пределах 300–600 В. Поэтому по напряжению конденсатор должен быть как минимум 400 В.

Вообще при выборе схемы и конденсаторов на однофазный двигатель надо руководствоваться назначением двигателя и условиями эксплуатации. Когда нужно быстро раскрутить двигатель, используется схема с пусковым конденсатором. При необходимости иметь в процессе эксплуатации большую мощность и КПД применяют схему с рабочим конденсатором — обычно в однофазном конденсаторном двигателе для бытовых нужд небольшой мощности, в пределах 1 кВт.

Схема подключения электродвигателя на 220В через конденсатор

Подключение электродвигателя к однофазной сети – это ситуация, которая встречается достаточно часто. Особенно такое подключение требуется на загородных участках, когда трехфазные электродвигатели используются под какие-то приспособления. К примеру, для изготовления наждака или самодельного сверлильного аппарата. Кстати, мотор стиральной машины через конденсатор производится. Но как это сделать правильно? Необходима схема подключения электродвигателя на 220В через конденсатор. Давайте разбираться в ней.

Начнем с того, что существует две стандартные схемы подключения электродвигателя к трехфазной сети: звезда и треугольник. Оба вида подключения создают условия, при которых в обмотках статора двигателя попеременно проходит ток. Он создает внутри вращающееся магнитное поле, которое действует на ротор, заставляя его вращаться. Если подключается трехфазный электродвигатель в однофазную сеть, то вот этот вращающийся момент не создается. Что делать? Вариантов несколько, но чаще всего электрики устанавливают в схему конденсатор.

Что при этом получается?

  • Скорость вращения не изменяется.
  • Мощность сильно падает. Конечно, говорить о конкретных цифрах здесь не приходиться, потому что падение мощности будет зависеть от разных факторов. К примеру, от условий эксплуатации самого двигателя, от схемы подключения, от конденсаторов, а, точнее, от их емкости. Но в любом случае потери будут составлять от 30 до 50 процентов.

Необходимо отметить, что не все электродвигатели могут работать от однофазной сети. Лучше всего работают асинхронные виды. У них даже на бирках указаны, что можно проводить подключение и на трехфазную сеть, и на однофазную. При этом обязательно указывается величина напряжения – 127/220 или 220/380В. Меньший показатель предназначен для схемы треугольник, больший для звезды. На картинке ниже показано обозначение.

Внимание! Конденсаторный двигатель в однофазную сеть лучше подключать через схему треугольник. Это обусловлено тем, что при таком виде подключения уменьшаются потери мощности агрегата.

Обратите внимание в рисунке на нижнюю бирку (Б). Она говорит о том, что двигатель можно подключить только через звезду. С этим придется смириться и получить аппарат с низкой мощностью. Если есть желание изменить ситуацию, то придется разобрать двигатель и вывести еще три конца обмоток, после чего провести подключение по треугольнику.

И еще один очень важный момент. Если вы устанавливаете в однофазную сеть электродвигатель с напряжением 127/220 вольт, то понятно, что к сети напряжением 220В можно подключиться через звезду. Потери мощности гарантированы. Но сделать в данном случае ничего нельзя. Если будет произведено подключение этого прибора через треугольник – мотор просто сгорит.

Схемы подключения

Давайте рассмотрим обе схемы подключения. Начнем с треугольника. В любой схеме очень важно правильно подключить именно конденсатор. В данном случае провода распределяются таким образом:

  • Два контакта подсоединяются к сети.
  • Один через конденсатор к обмотке.

Но тут есть один момент, если электродвигатель не нагружать, то его ротор без проблем начнем вращаться. Если пуск будет производиться под определенной нагрузкой, то вал или не будет вращаться вообще, или с очень низкой скоростью. Чтобы решить эту проблему, в схему необходимо установить еще один конденсатор – пусковой. На нем лежит всего лишь одна задача – запустить мотор, отключиться и разрядиться. По сути, пусковой работает всего 2-3 секунды.

В схеме звезда подключение конденсатора производится на выходные концы обмоток. Две из них соединяются с сетью 220В, а свободный конец и один из подключенных к сети замыкают конденсатор.

Как рассчитать емкость

Емкость конденсатора, который устанавливается в схему подключения трехфазного электродвигателя, подсоединяемого к сети напряжением в 220В, зависит от самой схемы. Для этого существуют специальные формулы.

Cр = 2800•I/U, где Ср – это емкость, I – сила тока, U – напряжение. Если производится подсоединение треугольником, то используется та же формула, только коэффициент 2800 меняется на 4800.

Хотелось бы обратить ваше внимание на тот факт, что сила тока (I) на бирке мотора не указывается, поэтому ее надо будет рассчитать по вот этой формуле:

I = P/(1.73•U•n•cosф), где Р- это мощность электрического двигателя, n – КПД агрегата, cosф – коэффициент мощности, 1,73 – это поправочный коэффициент, он характеризует соотношение между двумя видами токов: фазным и линейным.

Так как чаще всего подключение трехфазного двигателя к однофазной сети 220В производится по треугольнику, то емкость конденсатора (рабочего) можно подсчитать по более простой формуле:

C = 70•Pн, здесь Рн – это номинальная мощность агрегата, измеряемая в киловаттах и обозначаемая на бирке прибора. Если разобраться в этой формуле, то можно понять, что существует достаточно простое соотношение: 7 мкФ на 100 Вт. К примеру, если устанавливается мотор мощностью 1 кВт, то для него необходим конденсатор на 70 мкФ.

Как определить, точно ли подобран конденсатор? Это можно проверить только в рабочем режиме.

  • Если в процессе эксплуатации мотор перегревается, то, значит, емкость прибора больше требуемой.
  • Низкая мощность двигателя, значит, емкость занижена.

Даже расчет может привести к неправильному выбору, ведь условия эксплуатации мотора будут влиять на его работу. Поэтому рекомендуется начинать подбор с низких величин, и при необходимости наращивать показатели до необходимых (номинальных).

Что касается пусковой емкости, то здесь в первую очередь учитывается, какой пусковой момент необходим для запуска электродвигателя. Хотелось бы обратить ваше внимание на то, что пусковая емкость и емкость пускового конденсатора – это не одно и то же. Первая величина – это сумма емкостей рабочего и пускового конденсаторов.

Внимание! Емкость пускового конденсатора должна быть раза в три больше емкости рабочего. При этом специалисты советуют вместо одного большого прибора использовать несколько с малой емкостью. К тому же пусковые работают непродолжительное время, поэтому на их место можно устанавливать дешевые модели.

В качестве рабочих можно использовать бумажные, металлизированные или пленочные аналоги. При этом необходимо учитывать тот факт, что допустимое напряжение должно быть в полтора раза быть больше номинального. Как видите, подобрать точно конденсатор под электродвигатель достаточно непростым. Даже расчет является процессом неточным.

Подключение электродвигателя через конденсатор

Тема очень востребованная и вызывающая множество вопросов. Для начала разберемся какие бывают асинхронные электродвигатели переменного тока и в каких случаях применяется подключение через конденсаторы. Затем рассмотрим схемы и формулы для выбора конденсаторов.

Двигатели по способу питания делятся на трехфазные и однофазные. Вначале разберемся с подключением через конденсатор трехфазного ЭД.

Коротенько про трехфазные асинхронные электродвигатели

Трехфазные асинхронные электродвигатели получили широкое применение в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, быту. ЭД состоит из статора, ротора, клеммной коробки, щитов с подшипниками, вентилятора и кожуха вентилятора.

Стягивающие шпильки я уже снимать не стал, чтобы добраться до статора с ротором. Но выпирающая часть, на которой сидит вентилятор и есть ротор. Ротор – вращающаяся часть, статор неподвижная (на рисунке его не видно).

Далее посмотрим на клеммник более внимательно. С одной стороны у нас С1-С2-С3, а ниже – С4-С5-С6. Это начала и концы обмоток фаз электродвигателя. У нас имеются три фазы, так как двигатель трехфазный – С1-С4, С2-С5, С3-С6. Также присутствует на фото ржавый болт заземления, он находится в клеммнике сверху слева.

Соединение, которое видно на фотографии называется “звезда”. Я уже писал про звезду и треугольник для трансформаторов – аналогично и для электродвигателей. Сбоку на фотографии я добавил как выглядит схематично звезда для данного электродвигателя и треугольник. Вся разница в расположении перемычек. Их комбинации определяют схему соединения ЭД.

работа трехфазного электродвигателя без одной фазы при постоянной нагрузке

Электродвигатель может работать от однофазной сети и без дополнительных мер и схем. Например, при повреждении одной из фаз. Однако, в данном случае произойдет снижение частоты вращения. Снижение частоты вращения приведет к увеличению скольжения, что в свою очередь вызовет увеличение тока двигателя.

А возрастание тока приведет к нагреву обмоток. При такой ситуации необходимо разгрузить ЭД до 50%. Работа в таком режиме возможна, однако, если двигатель остановится, то повторно пуститься уже не получится.

почему для пуска от однофазной сети используют именно конденсаторы

Повторный пуск не произойдет, так как магнитное поле статора будет пульсирующим и, коротко говоря, из-за направленности определенных векторов в противоположные стороны ротор будет неподвижен. Чтобы двигатель пустился, нам необходимо изменить расположение этих векторов. Для этого и используют элементы, которые сдвигают фазы векторов. Рассмотрим схему, которая реализует эту возможность.

На схеме мы видим, что обмотка разделилась на две ветви – пусковую и рабочую. Пусковая используется с начала пуска до разворота двигателя, затем отключается и используется только рабочая. Для отключения пусковой можно использовать кнопку, например. Нажал и держи пока не развернулся двигатель, а потом отпускай и цепочка разорвана.

Фазосдвигающими элементами могут выступать сопротивления или конденсаторы. Разница в применении тех или иных в форме магнитного поля. И если, говорить проще, то выбирают конденсаторы, так как при одном значении пускового момента, меньший пусковой ток будет при использовании конденсаторов.

А при одинаковых пусковых токах у схем с конденсатором будет больше начальный вращающий момент, то есть движок будет быстрее разгоняться, что несомненно лучше для эксплуатации.

Важно: подключение через конденсаторы производят для двигателей до 1,5кВ. Вычислено, что для более мощных ЭД стоимость емкостных элементов превысит стоимость самого движка, следовательно, их установка является нерентабельной. Хотя, если достать их нахаляву, что в нашем пространстве не редкость, то можно и попробовать.

как подключить электродвигатель через конденсатор

Так как конденсаторы выгоднее во многих смыслах для пуска ЭД, то разберем пару схемок пуска с применением конденсаторов. Для схемы соединения “треугольник” и для схемы соединения “звезда”.

Пусковая ветвь будет использоваться до момента разворота ЭД, рабочая – напротяжении всей работы двигателя.

конденсаторы для запуска электродвигателя

Логично будет далее разобраться, как рассчитать пусковой и рабочий конденсатор для двигателя. Для правильного подбора нам необходимо знать паспортные данные ЭД, или иметь шильду с заводскими значениями.

Существуют различные схемы и в каждой конденсаторы выбираются по своему. Для схем, приведенных выше выбор конденсаторов осуществляется по двум формулам:

Рабочая емкость = 2800*Iном.эд/Uсети

Рабочая емкость = 4800*Iном/Uсети

Пусковая емкость в обоих случаях принимается равной 2-3 от рабочей.

В формулах выше Iном – это номинальный ток фазы электродвигателя. Если посмотреть на табличку, где через дробь указываются два тока, то это будет меньший из них. Uсети – напряжение питающей сети(

220). Значит, вычислили мы ёмкость и следующим шагом нам надо знать напряжение на конденсаторе. Для схем приведенных на рисунках выше напряжение на конденсаторе равняется 1,15 от напряжения сети. Но это напряжение переменного тока, а для выбора конденсаторов надо знать напряжение постоянного тока. Тут нам и понадобится небольшая табличка:

Например, напряжение сети

220, умножаем на 1,15 получаем 253. В таблице смотрим переменка 250 соответствует постоянке 400В для емкости до 2мкФ, или 600В для емкостей 4-10мкФ. Нужно, чтобы номинальное напряжение конденсатора было равно или больше расчетного.

Далее, зная рабочее напряжение и требуемую емкость подбираем конденсаторы по параметрам: типы и нужное количество. Конденсаторы для пусковой цепи порой так и называются – пусковыми.

Вот так, шаг за шагом, мы разобрали как подключить трехфазный асинхронный электродвигатель в однофазную сеть и что для этого необходимо рассчитать и знать. Существуют и другие схемы для подключения двигателя через конденсатор, но эти вопросы рассмотрим в другой раз в другой статье.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

{SOURCE}

Подключение трехфазного двигателя к однофазной сети без потери мощности

Как известно, при включении трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть, по распространенным конденсаторным схемам: «треугольник», или «звезда», мощность двигателя используется только наполовину (в зависимости от применяемого двигателя).

Кроме того, затруднён запуск двигателя под нагрузкой.

В предлагаемой статье описан метод подключения двигателя без потери мощности.

В различных любительских электромеханических станках и приспособлениях чаще всего используются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. К сожалению, трехфазная сеть в быту — явление крайне редкое, поэтому для их питания от обычной электрической сети любители применяют фазосдвигающий конденсатор, что не позволяет в полном объеме реализовать мощность и пусковые характеристики двигателя. Существующие же тринисторные «фазосдвигающие» устройства еще в большей степени снижают мощность на валу двигателей.

Вариант схемы устройства запуска трехфазного электродвигателя без потери мощности приведен на рис. 1.

Обмотки двигателя 220/380 В соединены треугольником, а конденсатор С1 включен, как обычно, параллельно одной из них. Конденсатору «помогает» дроссель L1, включенный параллельно другой обмотке. При определенном соотношении емкости конденсатора С1, индуктивности дросселя L1 и мощности нагрузки можно получить сдвиг фаз между напряжениями на трех ветвях нагрузки, равный точно 120°.

На рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для устройства, представленного на рис. 1, при чисто активной нагрузке R в каждой ветви. Линейный ток Iл в векторном виде равен разности токов Iз и Ia, а по абсолютному значению соответствует величине Iф√3, где Iф=I1=I2=I3=Uл/R — фазный ток нагрузки, Uл=U1=U2=U3=220 В — линейное напряжение сети.

К конденсатору С1 приложено напряжение Uc1=U2, ток через него равен Ic1 и по фазе опережает напряжение на 90°.

Аналогично к дросселю L1 приложено напряжение UL1=U3, ток через него IL1 отстает от напряжения на 90°.

При равенстве абсолютных величин токов Ic1 и IL1 их векторная разность при правильном выборе емкости и индуктивности может быть равной Iл.

Сдвиг фаз между токами Ic1 и IL1 составляет 60°, поэтому треугольник из векторов Iл, Iс1 и IL1 — равносторонний, а их абсолютная величина составляет Iс1=IL1=Iл=Iф√3. В свою очередь, фазный ток нагрузки Iф=Р/ЗUL, где Р — суммарная мощность нагрузки.

Иными словами, если емкость конденсатора С1 и индуктивность дросселя L1 выбрать такими, чтобы при поступлении на них напряжения 220 В ток через них был бы равен Ic1=IL1=P/(√3⋅Uл)=P/380, показанная на рис. 1 цепь L1C1 обеспечит на нагрузке трехфазное напряжение с точным соблюдением сдвига фаз.

Таблица 1
P, Вт IC1=IL1, A C1, мкФ L1, Гн
100 0.26 3.8 2.66
200 0.53 7.6 1.33
300 0.79 11.4 0.89
400 1.05 15.2 0.67
500 1.32 19.0 0.53
600 1.58 22.9 0.44
700 1.84 26.7 0.38
800 2.11 30.5 0.33
900 2.37 34.3 0.30
1000 2.63 38.1 0.27
1100 2.89 41.9 0.24
1200 3.16 45.7 0.22
1300 3.42 49.5 0.20
1400 3.68 53.3 0.19
1500 3.95 57.1 0.18

В табл. 1 приведены значения тока Ic1=IL1. емкости конденсатора С1 и индуктивности дросселя L1 для различных величин полной мощности чисто активной нагрузки.

Реальная нагрузка в виде электродвигателя имеет значительную индуктивную составляющую. В результате линейный ток отстает по фазе от тока активной нагрузки на некоторый угол ф порядка 20…40°.

На шильдиках электродвигателей обычно указывают не угол, а его косинус — широко известный cosφ, равный отношению активной составляющей линейного тока к его полному значению.

Индуктивную составляющую тока, протекающего через нагрузку устройства, показанного на рис. 1, можно представить в виде токов, проходящих через некоторые катушки индуктивности Lн, подключенные параллельно активным сопротивлениям нагрузки (рис. 3,а), или, что эквивалентно, параллельно С1, L1 и сетевым проводам.

Из рис. 3,б видно, что поскольку ток через индуктивность противофазен току через емкость, катушки индуктивности LH уменьшают ток через емкостную ветвь фазосдвигающей цепи и увеличивают через индуктивную. Поэтому для сохранения фазы напряжения на выходе фазосдвигающей цепи ток через конденсатор С1 необходимо увеличить и через катушку уменьшить

Векторная диаграмма для нагрузки с индуктивной составляющей усложняется. Ее фрагмент, позволяющий произвести необходимые расчеты, приведен на рис. 4.

Полный линейный ток Iл разложен здесь на две составляющие: активную Iлcosφ и реактивную Iлsinφ.

В результате решения системы уравнений для определения необходимых значений токов через конденсатор С1 и катушку L1:

IC1sin30° + IL1sin30° = Iлcosφ, IC1cos30° — IL1cos30° = Iлsinφ,

получаем следующие значения этих токов:

IC1 = 2/√3⋅Iлsin(φ+60°), IL1 = 2/√3⋅Iлcos(φ+30°).

При чисто активной нагрузке (φ=0) формулы дают ранее полученный результат Ic1=IL1=Iл.

На рис. 5 приведены зависимости отношений токов Ic1 и IL1 к Iл от cosφ, рассчитанные по этим формулам Для (cosφ = √3/2 = 0,87) ток конденсатора С1 максимален и равен 2/√3Iл = 1.15Iл, а ток дросселя L1 вдвое меньше.

Этими же соотношениями с хорошей степенью точности можно пользоваться для типовых значений cosφ, равных 0,85…0,9.

Таблица 2
P, Вт IC1, A IL1, A C1, мкФ L1, Гн
100 0.35 0.18 5.1 3.99
200 0.70 0.35 10.2 2.00
300 1.05 0.53 15.2 1.33
400 1.40 0.70 20.3 1.00
500 1.75 0.88 25.4 0.80
600 2.11 1.05 30.5 0.67
700 2.46 1.23 35.6 0.57
800 2.81 1.40 40.6 0.50
900 3.16 1.58 45.7 0.44
1000 3.51 1.75 50.8 0.40
1100 3.86 1.93 55.9 0.36
1200 4.21 2.11 61.0 0.33
1300 4.56 2.28 66.0 0.31
1400 4.91 2.46 71.1 0.29
1500 5.26 2.63 76.2 0.27

В табл. 2 приведены значения токов IC1, IL1, протекающих через конденсатор С1 и дроссель L1 при различных величинах полной мощности нагрузки, имеющей указанное выше значение cosφ = √3/2.

Для такой фазосдвигающей цепи используют конденсаторы МБГО, МБГП, МБГТ, К42-4 на рабочее напряжение не менее 600 В или МБГЧ, К42-19 на напряжение не менее 250 В.

Дроссель проще всего изготовить из трансформатора питания стержневой конструкции от старого лампового телевизора. Ток холостого хода первичной обмотки такого трансформатора при напряжении 220 В обычно не превышает 100 мА и имеет нелинейную зависимость от приложенного напряжения.

Если же в магнитопровод ввести зазор порядка 0,2…1 мм, ток существенно возрастет, а зависимость его от напряжения станет линейной.

Сетевые обмотки трансформаторов ТС могут быть соединены так, что номинальное напряжение на них составит 220 В (перемычка между выводами 2 и 2′), 237 В (перемычка между выводами 2 и 3′) или 254 В (перемычка между выводами 3 и 3′). Сетевое напряжение чаще всего подают на выводы 1 и 1′. В зависимости от вида соединения меняются индуктивность и ток обмотки.

В табл. 3 приведены значения тока в первичной обмотке трансформатора ТС-200-2 при подаче на нее напряжения 220 В при различных зазорах в магнитопроводе и разном включении секций обмоток.

Сопоставление данных табл. 3 и 2 позволяет сделать вывод, что указанный трансформатор можно установить в фазосдвигающую цепь двигателя с мощностью примерно от 300 до 800 Вт и, подбирая зазор и схему включения обмоток, получить необходимую величину тока.

Индуктивность изменяется также в зависимости от синфазного или противофазного соединения сетевой и низковольтных (например, накальных) обмоток трансформатора.

Максимальный ток может несколько превышать номинальный ток в рабочем режиме. В этом случае для облегчения теплового режима целесообразно снять с трансформатора все вторичные обмотки, часть низковольтных обмоток можно использовать для питания цепей автоматики устройства, в котором работает электродвигатель.

Таблица 3
Зазор в
магнитопроводе, мм
Ток в сетевой обмотке, A,
при соединении выводов на напряжение, В
220 237 254
0.2 0.63 0.54 0.46
0.5 1.26 1.06 0.93
1 2.05 1.75

В табл. 4 приведены номинальные величины токов первичных обмоток трансформаторов различных телевизоров и ориентировочные значения мощности двигателя, с которыми их целесообразно использовать фазосдвигающую LC-цепь следует рассчитывать для максимально возможной нагрузки электродвигателя.

Таблица 4
Трансформатор Номинальный
ток, A
Мощность
двигателя, Вт
ТС-360М 1.8 600…1500
ТС-330К-1 1.6 500…1350
СТ-320 1.6 500…1350
СТ-310 1.5 470…1250
ТСА-270-1,
ТСА-270-2,
ТСА-270-3
1.25 400…1250
ТС-250,
ТС-250-1,
ТС-250-2,
ТС-250-2М,
ТС-250-2П
1.1 350…900
ТС-200К 1 330…850
ТС-200-2 0.95 300…800
ТС-180,
ТС-180-2,
ТС-180-4,
ТС-180-2В
0.87 275…700

При меньшей нагрузке необходимый сдвиг фаз уже не будет выдерживаться, но пусковые характеристики по сравнению с использованием одного конденсатора улучшатся.

Экспериментальная проверка проводилась как с чисто активной нагрузкой, так и с электродвигателем.

Функции активной нагрузки выполняли по две параллельно соединенных лампы накаливания мощностью 60 и 75 Вт, включенные в каждую нагрузочную цепь устройства (см рис. 1), что соответствовало общей мощности 400 Вт В соответствии с табл. 1 емкость конденсатора С1 составляла 15 мкф Зазор в магнитопроводе трансформатора ТС-200-2 (0,5 мм) и схема соединения обмоток (на 237 В) были выбраны из соображений обеспечения необходимого тока 1,05 А.

Измеренные на нагрузочных цепях напряжения U1, U2, U3 отличались друг от друга на 2…3 В, что подтверждало высокую симметрию трехфазного напряжения.

Эксперименты проводились также с трехфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт. Он работал с конденсатором С1 емкостью 20 мкф (кстати, такой же, как и при работе двигателя только с одним фазосдвигающим конденсатором) и с трансформатором, зазор и соединение обмоток которого выбраны из условия получения тока 0,7 А.

В результате удалось быстро запустить двигатель без пускового конденсатора и заметно увеличить крутящий момент, ощущаемый при торможении шкива на валу двигателя.

К сожалению, провести более объективную проверку затруднительно, поскольку в любительских условиях практически невозможно обеспечить нормированную механическую нагрузку на двигатель.

Следует помнить, что фазосдвигающая цепь — это последовательный колебательный контур, настроенный на частоту 50 Гц (для варианта чисто активной нагрузки), и без нагрузки подключать к сети эту цепь нельзя.

Как увеличить мощность электродвигателя от стиральной машины — MOREREMONTA

Подключение двигателя стиральной машины

Для подключения двигателя к переменному току, выполняем следующие действия:
1. Для начала нужно приготовить тестер – это специальное устройство, служащее для определения проводов обмотки.
2. Для определения пары проводов щуп тестера подключаем на любой провод и один за другим проверяем все остальные. Если во время подключения тестером было обозначено соединение, то это и будет парой проводов. Соответственно другие два провода будут также составлять пару.
3. Измеряем уровень сопротивления двух обмоток. Обмотка с большим показателем – пусковая.
4. От разных обмоток провода соединяются попарно, затем подключаются к сети 220 В.
5. Выключатель рекомендуется устанавливать на провод пусковой обмотки.

В некоторых случаях направление, в котором вращается мотор, следует изменить. Здесь мы меняем местами выводы пусковой обмотки.

Двигатель от старой стиральной машины для токарного станка

Самостоятельно собрать токарный станок – это дело не сложное. Требуется лишь на основе вала мотора от старой стиральной машинки зафиксировать переходник. Переходник не стоит закреплять капитально. Лучше, чтобы он был съемным, поскольку так токарный станок станет многофункциональным, с возможностью вытачивать детали, точить ножи – точильным кругом, заниматься резкой металла и пластиковых труб с помощью отрезного круга, пользоваться другими насадками. На фото представлены возможные насадки.

Не стоит фиксировать данную самоделку на прочной основе. Чтобы работа была более удобной, ее рекомендуется сделать переносной. Основой послужит толстая прочная доска. Для закрепления получившегося токарного станка рекомендуется использовать скобы, которые прикручиваются на основу с помощью болтов от стиральной машины. Может использоваться обычный выключатель, или от стиральной машинки.

Зернодробилка из стиральной машины

С этой полезной самоделкой можно существенно сэкономить на заготовке кормов для домашней живности. Если подобрать двигатель достаточной мощности, вполне реально собрать корморезку, зернодробилку и траворезку, которая в работе не будет уступать заводским моделям. В этом случае рекомендуется использовать двигатель от автоматической стиральной машины – они как раз отличаются более высокой мощностью.

Чтобы превратить старую стиральную машинку в корморезку, не нужны длительные работы. Требуется взять двигатель от машины-автомат и корпус от другой старой стиральной машинки – с верхней загрузкой. Такой корпус найти достаточно просто – в пункте приема металлолома такой стоит гроши.

Пошаговое описание создания корморезки своими руками:
1. Лопасти с ножами должны иметь такой диаметр, при котором они не будут совсем немного доходить до краев корпуса.
2. Проделываем в нижней части отверстие, чтобы удалять готовый корм.
3. Устанавливаем одну лопасть с ножами в нижней части корпуса, другую – на 40–50 см от верхнего края; чтобы качество помола было лучше, для ножей нужно применять 2 разных вала, они должны вращаться в разные стороны.
4. Прикручиваем двигатель на крышку стиральной машинки и присоединяем его к валам.
5. Вырезаем в крышке отверстие, чтобы засыпать сырье.
6. Устанавливаем крышку на место и тестируем самоделку в деле.

Такой самодельный аппарат будет функционировать не хуже, чем заводской, и позволит получать качественно перемолотый корм.

Наждак из двигателя от стиральной машины

Наждачный станок пригодится практически для любого хозяйства.

Он может быть изготовлен в простой способ – для этого достаточно приготовить двигатель от автоматической стиральной машинки в рабочем состоянии.
Когда вы будете крепить точильный камень на двигатель, могут возникнуть некоторые трудности – отверстие камня может не совпадать с диаметром вала электрического мотора.

В таком случае нужно брать дополнительную деталь, которую нужно будет специально выточить. Этот переходник легко делается любым токарем, нужно только сообщить ему диаметр вала.

Помимо переходника, в наличии нужно иметь специальный болт, гайку, шайбу.

Резьба на гайке должна нарезаться зависимо от того, в какую сторону будет вращаться мотор.

Чтобы двигатель вращался по часовой стрелке, должна быть нарезана левосторонняя резьба, для вращения против часовой – резьба должна быть правосторонней.

Если делать наоборот, то в работе камень будет постоянно раскручиваться и слетать.

Может быть так, что у вас есть гайка, но направление резьбы – неподходящее. Тогда мы изменяем направление вращения. В этом случае мы меняем местами провода обмотки.

Подключаем рабочую обмотку к сети 200 В, подключаем пусковую пару к рабочей катушке.

Второй конце на короткое время прикладываем к выводу обмотки. Коллекторный электрический мотор начнет двигаться в одну из сторон.

Когда места выводов пусковой обмотки сменятся, направление движения мотора поменяется на противоположное.

Направление вращения мотора можно изменить без использования конденсатора. Здесь после подключения рабочей обмотки к 220 В камень резко прокручиваем в нужную сторону.

После этого мотор запускается и станок начинает работать.

Газонокосилка из мотора стиральной машины

Газонокосилка является другим примером, как можно грамотно использовать мотор от стиральной машины. Этот агрегат будет очень полезным, если у вас есть дачный или приусадебный участок. Чтобы изготовить газонокосилку, не нужно много деталей, все материалы найдутся среди домашних запасов в гараже или мастерской.

Двигатель от стиралки для бетономешалки

Во время строительных или ремонтных работ часто нужно изготовлять бетонную смесь, при этом аренда бетономешалки становится невыгодной. В таком случае есть смысл собрать бетономешалку своими руками – она будет отлично делать замес.

Вибростол своими руками

Используя двигатель от стиральной машины, мы можем изготовить вибростол для тротуарной плитки.

Оборудование такого типа конструируется в достаточно простой способ. Самодельный вибростол выполнен в виде плиты, которая является верхней частью приспособления, прикрепленной на металлическое основание с помощью подвижного соединения, с двигателем с эксцентриком от стиральной машины. Во время вибрирования плиты, из бетона, который залит в формы на этой плите, выходят пузырьки воздуха и исчезают пустоты. Благодаря этому готовые изделия отличаются высокой прочностью и качеством.

Прекрасный для самоделок мотор от стиральной машины имеет слишком высокие обороты, и малый ресурс на максимальных оборотах. Поэтому я применяю простой самодельный регулятор оборотов (без потери мощности). Схема опробована и показала прекрасный результат. Обороты регулируются примерно от 600 до max.

Потенциометр электрически изолирован от сети, что повышает безопасность пользования регулятором.

Симистор необходимо поставить на радиатор.

Оптопара (2 шт) практически любая, но EL814 имеет внутри 2 встречных светодиода, и просится в эту схему.

Высоковольтный транзистор можно поставить, например, IRF740 (от БП компьютера), но жалко такой мощный транзистор ставить в слаботочную цепь. Хорошо работают транзисторы 1N60, 13003, КТ940.

Вместо моста КЦ407 вполне подойдет мост из 1N4007, или любой на >300V, и ток >100mA.

Печатка в формате .lay5. Печатка нарисована «Вид со стороны М2 (пайка)», так что при выводе на принтер ее надо зеркалить. Цвет М2 = черный, фон = белый, остальные цвета не печатать. Контур платы (для обрезки) выполнен на стороне М2, и будет указателем границ платы после травления. Перед запайкой деталей его следует удалить. В печатку добавлен рисунок деталей со стороны монтажа для переноса на печатку. Она тогда приобретает красивый и законченный вид.

Регулировка от 600 оборотов подходит для большинства самоделок, но для особых случаев предлагается схема с германиевым транзистором. Минимальные обороты удалось снизить до 200.

Минимальные обороты получил 200 об/мин (170-210, электронный тахометр на низких оборотах плохо меряет), транзистор Т3 поставил ГТ309, он прямой проводимости,и их много. Если поставить МП39, 40, 41, П13, 14, 15, то обороты должны еще снизиться, но уже не вижу надобности. Главное, что таких транзисторов как грязи, в отличие от МП37 (смотри форум).

Плавный пуск прекрасно работает, Правда на валу мотора пусто, но от нагрузки на валу при пуске, подберу R5 при необходимости.

R5 = 0-3к3 в зависимости от нагрузки;; R6 = 18 Ом — 51 Ом — в зависимости от симистора, у меня сейчас этого резистора нет;; R4 = 3к — 10к — защита Т3;; RР1 = 2к-10к — регулятор скорости, связан с сетью, защита от сетевого напряжения оператора обязательна. Есть потенциометры с пластмассовой осью, желательно использовать. Это большой недостаток данной схемы, и если нет большой необходимости в малых оборотах, советую использовать V17 (от 600 об/мин).

С2 = плавный пуск, = время задержки включения мотора;; R5 = заряд С2, = наклон кривой заряда, = время разгона мотора;; R7 — время разряда С2 для следующего цикла плавного пуска (при 51к это примерно 2-3 сек)

Всем здрасте. Выкладываю свою очередную работу.

Все рукастые люди используют в своих самоделках двигатели от старых советских стиральных машин. Но здесь есть одно но. Оборотов у них 1250 и мощность всего 180 Вт. Из такого мотора даже нормального наждака не получится. Обороты маленькие и камень очень быстро изнашивается. Сейчас в наличии появляется очень много двигателей от современных стиральных машин автомат. Они на порядок мощнее и диапазон оборотов очень большой от 0 до 15000 оборотов. Но есть одна проблема. Если его подключить напрямую к сети, то он он сразу же раскручивается до максимальных оборотов, которые не всегда нужны. В этой статье мы соберем с вами регулятор для такого мотора. На данный момент есть три варианта управления такими двигателями.
Вариант 1. Заказать в интернете плату на микросхеме тда 1085. Но их становится всё меньше. так как эта это микросхема снята с производства.
Вариант 2. Братья китайцы уже давно наладили выпуск готовых регуляторов. Его можно заказать на AliExpress.
Вариант 3. Самому собрать регулятор, который будет выполнен на микроконтроллере Arduino, он будет поддерживать мощность на любых оборотах, а также его можно будет настроить под любой станок, куда будет устанавливаться мотор.
Вот поэтому не простому пути мы с вами и пойдём. В конце статьи я оставлю ссылки на компоненты которые я заказывал.Так же будет ссылка на архив со всеми необходимыми программами, схемами и прочими полезностями.
Приступим. Для начала соединим наш LSD дисплей с платой Arduino по этой схеме.

Управление скоростью вращения однофазных двигателей

 

Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.

Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки — рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.

Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:

  • изменения расхода воздуха в системе вентиляции
  • регулирования производительности насосов
  • изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах

В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.

 

Способы регулирования

Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.

Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:

  • изменение напряжения питания двигателя
  • изменение частоты питающего напряжения

 

Регулирование напряжением

Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя — разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:

S=(n1-n2)/n2

n1 — скорость вращения магнитного поля

n2 — скорость вращения ротора

При этом обязательно выделяется энергия скольжения — из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.

Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз — то есть, снижением питающего напряжения.

При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.

Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.

На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.

 

Автотрансформаторное регулирование напряжения

 

Автотрансформатор — это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.

 

 На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.

Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.

 

 Преимущества данной схемы:

      • неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
      • хорошая перегрузочная способность трансформатора

 Недостатки:

      • большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
      • все недостатки присущие регулировке напряжением

 

 

Тиристорный регулятор оборотов двигателя

 

В данной схеме используются ключи — два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.

Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно «отрезается» кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.

Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.

Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки — ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).

Ещё один способ регулирования — пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно — шумы и рывки при работе.

Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:

  • устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
  • добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
  • ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения — для гарантированного старта двигателя
  • используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора

  

 Достоинства тиристорных регуляторов:

      • низкая стоимость
      • малая масса и размеры 

  Недостатки:

      • можно использовать для двигателей небольшой мощности
      • при работе возможен шум, треск, рывки двигателя 
      • при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
      • все недостатки регулирования напряжением

  

 

Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом. 

 

Транзисторный регулятор напряжения

 

Как называет его сам производитель — электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.

Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).

Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.

Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.

Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.

 

  Плюсы электронного автотрансформатора:

        • Небольшие габариты и масса прибора
        • Невысокая стоимость
        • Чистая, неискажённая форма выходного тока
        • Отсутствует гул на низких оборотах
        • Управление сигналом 0-10 Вольт

 Слабые стороны:

        • Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
        • Все недостатки регулировки напряжением

 

Частотное регулирование

Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина — не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.

Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие — массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.

На данный момент частотное преобразование — основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.

Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.

Однофазные двигатели могут управляться:

  • специализированными однофазными ПЧ
  • трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора

 

Преобразователи для однофазных двигателей

 

В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей — INVERTEK DRIVES.

Это модель Optidrive E2

 

Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.

При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:

Xc=1/2πfC

f — частота тока

С — ёмкость конденсатора

 В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:

Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя — в некоторых моделях это сделать довольно сложно.

 

 Преимущества специализированного частотного преобразователя:

        • интеллектуальное управление двигателем
        • стабильно устойчивая работа двигателя
        • огромные возможности современных ПЧ:
          • возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
          • многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
          • входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
          • различные выходы
          • коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
          • предустановленные скорости
          • ПИД-регулятор

 Минусы использования однофазного ПЧ:

        • ограниченное управление частотой
        • высокая стоимость

 

Использование ЧП для трёхфазных двигателей

 

 

Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:

 

Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:

Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого — магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.

В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.

При работе без конденсатора это приведёт к:

  • более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
  • разному току в обмотках

Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна

 

 Преимущества:

          • более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
          • огромный выбор по мощности и производителям
          • более широкий диапазон регулирования частоты
          • все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)

 Недостатки метода:

          • необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
          • пульсирующий и пониженный момент
          • повышенный нагрев
          • отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями

 

 

КАК УЛУЧШИТЬ МОЩНОСТЬ (электродвигатель)

4,4

ФАКТОР

Чтобы улучшить коэффициент мощности для данной нагрузки, необходимо уменьшить реактивную составляющую нагрузки (квар). Этот компонент реактивной мощности отстает от компонента мощности (потребляемая мощность в кВт) на 90 электрических градусов, так что один из способов уменьшить влияние этого компонента — это ввести компонент реактивной мощности, который опережает компонент мощности
на 90 электрических градусов. Этого можно добиться с помощью силового конденсатора, как показано на диаграмме мощности на рис.4.5, что приводит к чистому уменьшению угла 6 или увеличению коэффициента мощности.
Для улучшения коэффициента мощности в системной установке используются несколько методов. Один из методов, который можно использовать в больших системах, заключается в использовании синхронных двигателей для управления низкоскоростными нагрузками, требующими непрерывной работы. Типичное применение синхронного двигателя — это привод низкоскоростного воздушного компрессора, который обеспечивает технологический сжатый воздух для установки. Синхронный двигатель настроен на работу с опережающим коэффициентом мощности и, таким образом, выдает опережающие киловары для компенсации запаздывающих киловар нагрузок индуктивного типа, таких как асинхронные двигатели.
Синхронные двигатели обычно проектируются для работы с опережающим коэффициентом мощности 80% и потреблением тока, который опережает линейное напряжение, а не отстает от него, как в случае с асинхронными двигателями и трансформаторами. Например, рассмотрим нагрузку 2000 кВт при отстающем коэффициенте мощности 70%. Использование синхронного двигателя мощностью 200 л.с., работающего с опережающим коэффициентом мощности 80%, увеличит общий коэффициент мощности системы с 70% до 85%.

РИСУНОК 4.5 Векторная диаграмма потребляемой мощности с коррекцией коэффициента мощности.
Более популярным методом повышения коэффициента мощности в низковольтных распределительных сетях является использование силовых конденсаторов для обеспечения основной необходимой реактивной мощности. Величина и расположение корректирующей емкости должны быть определены при обследовании распределительной системы и источника нагрузок с низким коэффициентом мощности. Кроме того, необходимо учитывать общую первоначальную стоимость и срок окупаемости установки конденсатора.
Для уменьшения потерь в системе конденсаторы коррекции коэффициента мощности должны быть электрически расположены как можно ближе к нагрузкам с низким коэффициентом мощности.В некоторых случаях конденсаторы могут быть расположены на определенном фидере. В других случаях у двигателей большой мощности конденсаторы можно подключать как можно ближе к клеммам двигателя. Конденсаторы коэффициента мощности подключаются к линиям электропередачи параллельно нагрузке с низким коэффициентом мощности.
Требуемое количество киловар конденсаторов зависит от коэффициента мощности без коррекции и желаемого скорректированного значения коэффициента мощности.
Коэффициент мощности и киловары без коррекции можно определить путем измерения коэффициента мощности, силы тока в линии и напряжения в линии в точке коррекции.Для трехфазной системы:

Или можно измерить мощность в киловаттах, токах в линии и напряжение в сети. Тогда

Емкостные киловары, необходимые для повышения системы до желаемого коэффициента мощности, можно рассчитать следующим образом:

, где PF — желаемый коэффициент мощности.
Например, рассмотрим нагрузку 1000 кВт с коэффициентом мощности 60%, который нужно скорректировать до 90%:

Таблицы, такие как Таблица 4.1, были разработаны и доступны у большинства производителей силовых конденсаторов для упрощения этого расчета.В таблице 4.1 представлен множитель, который необходимо применить к киловаттной нагрузке для определения емкостных киловар, необходимых для получения желаемого скорректированного коэффициента мощности. Рассмотрим ту же нагрузку 1000 кВт с коэффициентом мощности 60%, который нужно скорректировать до 90%. Из таблицы 4.1 для существующего коэффициента мощности (60%) и скорректированного коэффициента мощности (90%) коэффициент коррекции коэффициента мощности равен 0,849. Таким образом, необходимое количество киловар емкости составляет 1000 x 0,849 = 849 квар.
Проверим этот расчет:


ТАБЛИЦА 4.1 Поправочные коэффициенты коэффициента мощности
Существующий коэффициент мощности,% Исправлено коэффициент мощности
100% 95% 90% 85%
60 1,333 1,005 0,849 0,714
62 1,265 0,937 0,781 0,646
СМ 1.201 0,872 0,716 0,581
(.; <.; 1,138 0,810 0,654 0,519
68 1.078 0,750 0,594 0,459
70 1.020 0,692 0,536 0,400
7: 2 0,964 0,635 0,480 0.344
71 0,909 0,580 0,425 0,289
76 0,855 0,526 0,371 0,235
78 0,802 0,474 0,318 0,183
80 0,750 0,421 0,266 0,130
S1 0,724 0.395 0,240 0,104
82 0,698 0,369 0,214 0,078
8:.! 0,672 0,343 0,188 0,052
84 0,646 0,317 0,162 0,026
86 0,620 0,291 0,135
м 0.593 0,265 0,109
87 0,567 0,238 0,082
88 0,540 0,211 0,055
89 0,512 0,184 0,028
90 0,484 0,156
91 0.456 0,127
92 0,426 0,097
93 0,395 0,067
94 0,363 0,034
96 0,329


На протяжении многих лет было несколько руководящих принципов, используемых для выбора конденсаторов коррекции коэффициента мощности асинхронных двигателей.Три из этих рекомендаций следующие:
1. Добавьте корректирующие киловары конденсаторов, равные 90% киловольт-ампер на холостом ходу двигателя.
2. Добавьте корректирующие киловары конденсаторов, равные 100% киловольт-ампер холостого хода двигателя.
3. Добавьте корректирующие киловары конденсаторов, равные 50% киловольтампер полной нагрузки двигателя.
Таблица 4.2 представляет собой сравнение этих методов выбора конденсаторов коррекции для некоторых типичных четырехполюсных асинхронных двигателей со скоростью 1800 об / мин.

ТАБЛИЦА 4.2 Сравнение методов коррекции коэффициента мощности
Мощность двигателя, л.с. Начальный ПФ 90% NL кВА 100% NL кВА 50% FL кВА
квар Corr. PF кв Corr. PF квар Corr. PF
Стандартная конструкция NEMA B, 1800 об / мин асинхронные двигатели
10 0.843 3,70 0,979 4,12 0,987 5,14 0,999
25 0,853 8,70 0,980 9,66 0,988 12,45 1.000
50 0,863 12,37 0,962 13,74 0,970 23,64 1.000
100 0.903 19,50 0,973 21,67 0,978 45,20 0,997 л
200 0,905 37,34 0,973 41,49 0,978 89,24 0,997 л
Энергия- ■ Эффективный, 1800 об / мин индукционный моторы
10 0.850 2,98 0,967 3,31 0,976 4,92 0,999
25 0,867 7,24 0,977 8,05 0,984 11,71 1.000
50 0,805 18,18 0,962 20,20 0,974 24,86 0,993
100 0.861 24,16 0,960 26,84 0,968 46,85 1.000
200 0,897 51,75 0,974 45,81 0,980 87,44 0,998 л

Возникает вопрос: каков типичный двигатель с точки зрения коэффициента мощности? На рис. 4.6 показано изменение коэффициента мощности при полной нагрузке для стандартных четырехполюсных асинхронных двигателей с частотой вращения 1800 об / мин.Рисунок 4.6 основан на опубликованных данных от 10 производителей электродвигателей. Разница в коэффициенте мощности при полной нагрузке для определенной номинальной мощности может варьироваться от 5 до 15 пунктов. Поэтому лучше всего знать информацию о коэффициенте мощности для конкретных двигателей, требующих коррекции коэффициента мощности. Методы выбора корректирующих конденсаторов без нагрузки являются консервативными и увеличивают скорректированный коэффициент мощности до 95% или выше. Однако информация о холостом ходе недоступна. Напротив, коэффициент мощности и КПД при полной нагрузке обычно доступны либо в опубликованной литературе, либо на паспортной табличке двигателя.Эти данные можно использовать для расчета коэффициента мощности двигателя и потребляемой мощности в киловатт-амперах. Использование 50% киловатт-ампер полной нагрузки для определения корректирующих киловар обычно приводит к скорректированному

РИСУНОК 4.6 Коэффициент мощности Nema, конструкция B, асинхронные двигатели 1800 об / мин.
Коэффициент мощности 0,99 или лучше до немного опережающего коэффициента мощности. Этот метод следует использовать с осторожностью, если двигатель не работает с полной номинальной нагрузкой. В условиях частичной нагрузки скорректированный коэффициент мощности может быть больше 0.90 ведущих. Чем выше мощность двигателя, тем больше вероятность того, что скорректированный коэффициент мощности может быть опережающим при частичных нагрузках. Частичная нагрузка на двигатель — обычное явление. Исследования показывают, что средняя нагрузка на асинхронные двигатели мощностью 125 л.с. и выше колеблется от 50 до 85% от номинальной полной нагрузки. Для асинхронных двигателей 1800 об / мин коэффициент мощности при нагрузке 50% обычно на 0,07–0,14 пункта ниже, чем коэффициент мощности при полной нагрузке. Если конденсаторная коррекция не используется для подачи киловар для других неисправленных двигателей в той же цепи, для корректирующих киловар следует использовать значение ниже 50% входных киловольт-ампер при полной нагрузке.
При применении конденсаторов коррекции коэффициента мощности на месте расположения двигателя NEMA рекомендует следующую процедуру на основе опубликованных данных или данных с паспортной таблички для электродвигателя:
1. Примерный коэффициент мощности при полной нагрузке можно рассчитать на основе опубликованных данных или данных с паспортной таблички: следует:

, где
PF = коэффициент мощности на единицу при полной нагрузке (на единицу
PF = коэффициент мощности в процентах / 100) л.с. = номинальная мощность E = номинальное напряжение I = номинальный ток Eff = номинальная эффективность при полной нагрузке на единицу из опубликованных данных или как указано на паспортной табличке двигателя (на единицу
Eff = процент Eff / 100)
2.По соображениям безопасности, как правило, лучше повышать коэффициент мощности для нескольких нагрузок как части системы распределения электростанции. В тех случаях, когда местные нормы или другие обстоятельства требуют повышения коэффициента мощности отдельного двигателя
, номинальная мощность улучшающего конденсатора в киловарах может быть рассчитана следующим образом:

, где
квар = номинальная мощность трехфазного конденсатора повышения коэффициента мощности. PF, — = улучшенный на единицу коэффициента мощности для комбинации двигатель-конденсатор
3.В некоторых случаях может быть желательно определить результирующий коэффициент мощности PF-, если известен конденсатор повышения коэффициента мощности, выбранный в пределах максимального безопасного значения, указанного производителем двигателя. Результирующий коэффициент мощности PF- при полной нагрузке можно рассчитать по следующей формуле:

Предупреждение: ни в коем случае нельзя применять конденсаторы для повышения коэффициента мощности с номинальными характеристиками, превышающими максимальное безопасное значение, указанное производителем двигателя. Чрезмерное улучшение может вызвать перевозбуждение, что приведет к возникновению высоких переходных напряжений, токов и крутящих моментов, что может повысить опасность для персонала и вызвать возможное повреждение двигателя или приводимого в действие оборудования.Для получения дополнительной информации о соображениях безопасности при применении конденсаторов для повышения коэффициента мощности см. Публикацию NEMA № MG2, Стандарт безопасности при строительстве и Руководство по выбору, установке и использованию электродвигателей и генераторов.
Уровень, до которого следует повысить коэффициент мощности, зависит от экономической окупаемости с точки зрения требований к коэффициенту мощности электроэнергетической компании и экономии энергии системы из-за более низких потерь. Кроме того, необходимо учитывать характеристику нагрузки двигателя.Если нагрузка двигателя представляет собой циклическую нагрузку, которая изменяется от номинальной нагрузки до легкой нагрузки, значение корректирующей киловарной емкости не должно приводить к опережающему коэффициенту мощности при легких нагрузках.
Чтобы избежать такой возможности, NEMA рекомендует, чтобы максимальное значение добавленных корректирующих киловар было меньше требуемого киловара двигателя без нагрузки примерно на 10%. Таким образом,
Максимальная емкость конденсатора квар для трехфазных двигателей

, где
INL = линейный ток двигателя без нагрузки V = линейное напряжение двигателя
Например, рассмотрим асинхронный двигатель мощностью 50 л.с., 1800 об / мин, работающий от сети 230 В. трехфазная система электроснабжения 60 Гц.В таблице 4.3 показаны характеристики этого двигателя при различных нагрузках без коррекции коэффициента мощности. В таблице 4.4 показаны характеристики при полной нагрузке с различными значениями киловар корректирующего конденсатора, включая 100% киловольт-ампер без нагрузки (13,7 квар) и

киловольт-ампер.

ТАБЛИЦА 4.3 Характеристики асинхронного двигателя без коррекции коэффициента мощности »
Нагрузка Строка Эфф. ПФ кВт потребляемая кВА квар
Полная нагрузка 118.7 0,915 0,862 40,8 47,3 24,0
3/4 нагрузки 89,4 0,922 0,852 30,3 35,6 18,6
1/2 нагрузки 64,8 0,920 0,785 20,3 25,8 16,0
1/4 нагрузки 44,1 0,887 0,598 10.5 17,6 14,1
Без нагрузки 34,4 0,000 0,073 1,0 13,7 13,7

ТАБЛИЦА 4.4 Характеристики асинхронного двигателя и конденсатора с коррекцией коэффициента мощности при полной нагрузке
Конденсатор Система Система Система Потеря линии
квар линейный ток WA ПФ снижение,%
0 118,7 47.3 0,862 0
8 109,9 43,8 0,931 14
12 106,7 42,5 0,959 19
13,7 105,5 42,0 0,970 ■ 21
В 104,8 41,7 0,977 22
18 103,4 41.2 0,989 2 А
23,7 102,3 40,8 1.000 ■ 26

50% от полной нагрузки киловольт-ампер (23,7 квар). Эти значения в киловарах корректируют коэффициент мощности до 0,97 и единицы соответственно. Исходя из 4000 часов в год работы на электросети, поправка
к единичному коэффициенту мощности может привести к экономии затрат на электроэнергию на 70 долларов в год. Комбинированные характеристики двигателя и конденсатора при частичных нагрузках показаны в таблице 4.5. Обратите внимание, что при частичных нагрузках с более высокими значениями корректирующих киловар коэффициент мощности может быть очень большим. На рисунке 4.7 показано сравнение скорректированного

.

ТАБЛИЦА 4.5 Характеристики асинхронного двигателя и конденсатора с коррекцией коэффициента мощности при различных нагрузкахa
Конденсатор Нетто коэффициент мощности
квар Полная нагрузка 3/4 нагрузки 1/2 нагрузки 1/4 нагрузки Без нагрузки
0 0.862 0,852 0,785 0,598 0,073
■ х. 0,931 0,944 0,930 0,865 0,174
12 0,959 0,977 0,981 0,981 0,516
13,7 0,97 0,987 0,994 0,999 0,999
1: 1 0.977 0,993 0,999 (0,996 л) (0,599 л)
18 0,98 (3 1.000 (0,995 л) (0,937 л) (0,225 л)
23,7 1.000 (0,986 л) (0,935 л) (0,738 л) (0,099 л)


РИСУНОК 4.7 Коэффициент мощности асинхронного двигателя мощностью 50 л.с. с различными уровнями коррекции киловар: (1) без коррекции, (2) коррекция на 12 квар, (3) 13.Коррекция 7 квар, (4) Коррекция 23,7 квар.
и нескорректированный коэффициент мощности при различных уровнях коррекции киловаров для асинхронного двигателя мощностью 50 л.с. Следует избегать высокого уровня коррекции коэффициента мощности, если двигатель будет работать с частичной нагрузкой, а конденсаторы подключены непосредственно к клеммам двигателя. Применение конденсаторных киловар вплоть до киловатт-ампер без нагрузки приводит к запаздыванию коэффициента мощности для всех условий нагрузки.
Национальный электрический кодекс (NEC) снял любые ограничения на размер конденсаторов коррекции коэффициента мощности, применяемых в цепях асинхронных двигателей.Это возлагает ответственность на инженеров-электриков предприятия за выбор стратегий коррекции коэффициента мощности, которые лучше всего подходят для их производственной деятельности.
4.4.1

Где искать конденсаторы

Конденсаторы коррекции коэффициента мощности должны быть подключены как можно ближе к нагрузке с низким коэффициентом мощности. Это очень часто
определяется характером и разнообразием нагрузки. На Рисунке 4.8 показаны типичные точки установки конденсаторов:
На клеммах двигателя.Подключение силовых конденсаторов к клеммам двигателя и переключение конденсаторов с нагрузкой двигателя — очень эффективный метод коррекции коэффициента мощности. Преимущества этого типа установки следующие: не требуются дополнительные переключатели или защитные устройства, а потери в линии снижаются от точки подключения к источнику питания. Корректирующая емкость подается только при работающем двигателе. Кроме того, размеры конденсаторов коррекции могут быть подобраны в соответствии с данными паспортной таблички двигателя, как обсуждалось ранее.
Если конденсаторы подключаются со стороны двигателя в случае перегрузки, необходимо изменить значения перегрузки, чтобы сохранить надлежащую защиту двигателя от перегрузки. Предупреждение: в некоторых типах электродвигателей такой способ установки может привести к повреждению конденсаторов или двигателя, либо того и другого.
Никогда не подключайте конденсаторы напрямую к двигателю ни при каких из следующих условий:
Двигатель является частью системы преобразователя частоты. Используются твердотельные пускатели.Используется запуск открытого перехода.
Электродвигатель подвержен повторяющимся переключениям, толчковому режиму, толчковому толчку или блокированию
.
Используется многоскоростной двигатель. Используется реверсивный двигатель.
Существует вероятность того, что нагрузка может приводить в движение двигатель (например, высокоинерционная нагрузка).
Во всех этих случаях напряжения самовозбуждения или пиковые переходные токи могут вызвать повреждение конденсатора и двигателя. В этих типах установок конденсаторы следует переключать с помощью контактора, заблокированного пускателем двигателя.
На главном терминале многомоторной машины. В случае машины или системы с несколькими двигателями обычной практикой является исправление всей машины на входе в машину. В зависимости от нагрузки и рабочего цикла двигателей это может быть

РИСУНОК 4.8 Где устанавливать конденсаторы коэффициента мощности.
желательно переключать конденсаторы с помощью штатной блокировки пускателей электродвигателей. Таким образом, конденсаторы подключаются только тогда, когда работают главные двигатели многомоторной системы.
В распределительном центре или в филиале. Расположение конденсаторов в распределительном центре или ответвлении, вероятно, наиболее практично, когда в цепи имеется множество небольших нагрузок, требующих коррекции коэффициента мощности. Однако, опять же, конденсаторы должны быть расположены как можно ближе к нагрузкам с низким коэффициентом мощности, чтобы получить максимальную выгоду от установки.

Как увеличить мощность электродвигателя?

Что случилось с RPM

Как это у них одинаковая максимальная частота вращения? Не должно ли больше мощности означать более высокую скорость при отсутствии других переменных (например,грамм. масса)? На что тратится лишний ток, если не на скорость? Крутящий момент? Или дополнительный ток потребляется только под нагрузкой; в ответ на физическое сопротивление (т. е. сопротивление) карданного вала?

У них одинаковая частота вращения, потому что это асинхронные двигатели . (Тоже было бы, если бы было синхронных двигателей ).

То, что вы ожидаете, — это поведение двигателя с последовательной обмоткой или шунтирующего типа . Это вещи постоянного тока, которые добавляют большого количества обслуживания или сложности: Brushes .*

Помните — это переменный ток. Он исходил от вращающегося генератора. 3 фазы уже вращаются — пики в последовательности: A-B-C-A-B-C. Двигатель сам по себе прост: 3 обмотки в статоре, подключите их к каждой фазе, и теперь у вас есть вращающееся магнитное поле в статоре. Он вращается с частотой 50 Гц, согласованная частота сети переменного тока .

(вернемся к однофазной морщине).

Таким образом, при вращении статора с частотой 50 Гц (или 25 Гц, если вы намотали его с двумя полюсами), ротор сам по себе прост.Постоянный магнит дал бы синхронный двигатель , но, что еще дешевле, трюк с индукцией позволяет использовать полностью пассивный алюминиевый ротор типа «беличья клетка», обеспечивающий почти синхронную скорость.

Если вы можете жить с 2880, 1440 или 720 об / мин, это дешевле * во всех отношениях.

С однофазными педалями это похоже на велосипедные педали — если вы заводите велосипед с педалью на абсолютном максимуме, он не упадет — требуется боковая сила , чтобы запустить его , но когда он движется, он не нужен.Вот что делают конденсатор и дополнительная обмотка. Опять же, как только мотор крутится, он не нужен.

В любом случае, вы правы, что дополнительный ток не потребляется, если на двигатель не установлена ​​нагрузка. В этот момент двигатель заглохнет — или нет — в зависимости от того, сможет ли он выдержать нагрузку.

Двигатель имеет максимальный крутящий момент около заявленной частоты (например, 1440 об / мин). Ниже этого момента крутящий момент становится все хуже и хуже. Если вы когда-либо выходили за рамки настольной пилы, вы хорошо знаете, как легко заглохнуть или заглохнуть двигатель, потребовав от него слишком много.Нагрузка (машина) должна быть спроектирована так, чтобы соответствовать этой кривой крутящего момента. Поэтому в трамваях и электропоездах не используются асинхронные двигатели (по крайней мере, без частотно-регулируемого привода).

Когда вам нужен двигатель, который «переключает на пониженную передачу» и создает все больший крутящий момент, вам нужен двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой, который и используется в поездах. Или VFD, настроенный на тот же эффект.

Размер

Для двигателя с удвоенной мощностью требуется вдвое больше массы медных обмоток.

Все очень просто.Они создают вдвое больший магнитный поток, или так говорят **. Неважно, длиннее это или толще. (более длинный провод, скорее всего, означает, что они подключены параллельно).

Без вала (вычислить L — E) электродвигатели имеют диаметр 156 x длина 255, а диаметр 174 x длина 295 мм. Таким образом, диаметр одного двигателя составляет 6 205 680 мм, а диаметр другого — 8 931 420 мм. Это значительно меньше, чем удвоенный размер корпуса, но, учитывая то, что не нужно расширять, например, толщина корпуса или диаметр ротора, это может быть правильно.





* Если вы действительно, действительно, действительно не хотите создать частотно-регулируемый привод, используя кремний для преобразования переменного тока в постоянный, а затем обратно в переменный с любой частотой, которую вы хотите.

** А эти моторы дешевые китайские. Обратите внимание на очевидную орфографическую ошибку в нижнем ярлыке и на «странный шрифт» в верхнем. Это шрифт китайского языка в стиле, подходящем для китайских иероглифов, который включает 52 латинских буквы, выполненные в соответствующем стиле. Также заметный знак CE, который они подделывают, потому что это не влечет за собой никаких последствий, если только ваши ботинки не находятся в ЕС.

*** В Северной Америке, 60 Гц, 3450 об / мин, 1725 об / мин или 885 об / мин.

Как улучшить крутящий момент и частоту вращения двигателя постоянного тока?

Я собираюсь предположить, что у этого 6-летнего ребенка есть хотя бы небольшое образование в области физики. Я собираюсь начать с ответа, почему каждый результат будет происходить с большим количеством математики, чтобы описать физику, лежащую в основе всего этого. Затем я отвечу на каждый случай индивидуально с математическим обоснованием каждого результата. В заключение отвечу на ваш «общий» вопрос.


Ответ на все ваши «Почему?» вопросы есть: Физика! В частности, закон Лоренца и закон Фарадея. Отсюда:


Крутящий момент двигателя определяется по уравнению:

$$ \ tau = K_t \ cdot I ~~~~~~~~~~ (N \ cdot m) $$

Где:

\ $ \ tau = \ text {крутящий момент} \ $
\ $ K_t = \ text {постоянная крутящего момента} \ $
\ $ I = \ text {ток двигателя} \ $

Постоянная крутящего момента, \ $ K_t \ $, является одним из основных параметров двигателя, которые описывают конкретный двигатель на основе различных параметров его конструкции, таких как магнитная сила, количество витков провода, длина якоря и т. Д.как вы упомянули. Его значение указывается в крутящем моменте на ампер и рассчитывается как:

.

$$ K_t = 2 \ cdot B \ cdot N \ cdot l \ cdot r ~~~~~~~~~~ (N \ cdot m / A) $$

Где:

\ $ B = \ text {сила магнитного поля в теслах} \ $
\ $ N = \ text {количество витков провода в магнитном поле} \ $
\ $ l = \ text {длина действующего магнитного поля на проводе} \ $
\ $ r = \ text {радиус якоря двигателя} \ $


Напряжение обратной ЭДС определяется по:

$$ V = K_e \ cdot \ omega ~~~~~~~~~~ (вольт) $$

Где:

\ $ V = \ text {Напряжение обратной ЭДС} \ $
\ $ K_e = \ text {постоянная напряжения} \ $
\ $ \ omega = \ text {угловая скорость} \ $

Угловая скорость — это скорость двигателя в радианах в секунду (рад / сек), которая может быть преобразована из об / мин:

$$ \ text {рад / сек} = \ text {RPM} \ times \ dfrac {\ pi} {30} $$

\ $ K_e \ $ — второй главный параметр двигателя.Как ни странно, \ $ K_e \ $ вычисляется по той же формуле, что и \ $ K_t \ $, но дается в других единицах:

$$ K_e = 2 \ cdot B \ cdot N \ cdot l \ cdot r ~~~~~~~~~~ (вольт / рад / сек) $$


Почему \ $ K_e = K_t \ $? Из-за физического закона сохранения энергии. Это в основном гласит, что электрическая мощность, подаваемая в двигатель, должна равняться механической мощности, отдаваемой двигателем. При 100% эффективности:

\ $ P_ {in} = P_ {out} \ $
\ $ V \ cdot I = \ tau \ cdot \ omega \ $

Подставляя уравнения сверху, получаем:

\ $ (K_e \ cdot \ omega) \ cdot I = (K_t \ cdot I) \ cdot \ omega \ $
\ $ K_e = K_t \ $


Я предполагаю, что каждый параметр изменяется отдельно.


Случай 1: Напряженность магнитного поля прямо пропорциональна постоянной крутящего момента \ $ K_t \ $. Таким образом, когда напряженность магнитного поля увеличивается или уменьшается, крутящий момент \ $ \ tau \ $ будет увеличиваться или уменьшаться пропорционально. Это имеет смысл, потому что чем сильнее магнитное поле, тем сильнее «толчок» якоря.

Напряженность магнитного поля прямо пропорциональна постоянной напряжения \ $ K_e \ $. Однако \ $ K_e \ $ обратно пропорционально угловой скорости:

$$ \ omega = \ dfrac {V} {K_e} $$

Итак, по мере увеличения магнитного поля скорость будет уменьшаться.Это снова имеет смысл, потому что чем сильнее магнитное поле, тем сильнее «толчок» якоря, поэтому он будет сопротивляться изменению скорости.

Поскольку выходная мощность равна крутящему моменту, умноженному на угловую скорость, а мощность равна выходной мощности (опять же, при 100% КПД), получаем:

$$ P_ {in} = \ tau \ cdot \ omega $$

Таким образом, любое изменение крутящего момента или скорости будет прямо пропорционально мощности, необходимой для привода двигателя.


Случай 2: (Здесь немного математики, которую я явно не использовал выше) Возвращаясь к закону Лоренца, мы видим, что:

$$ \ tau = 2 \ cdot F \ cdot r = 2 (I \ cdot B \ cdot N \ cdot l) r $$

Следовательно:

$$ F = I \ cdot B \ cdot N \ cdot l $$

Благодаря Ньютону у нас:

$$ F = m \ cdot g $$

Итак…

$$ \ tau = 2 \ cdot m \ cdot g \ cdot r $$

Если оставить длину провода такой же, но увеличить его калибр, масса увеличится. Как видно выше, масса прямо пропорциональна крутящему моменту, как и напряженность магнитного поля, поэтому применим тот же результат.


Случай 3: Радиус якоря, \ $ r \ $ в приведенных выше уравнениях, снова прямо пропорционален постоянным двигателям. Итак, опять же, мы получаем те же результаты, когда мы увеличиваем и уменьшаем его длину.

Начинаете видеть здесь закономерность?


Случай 4: Число витков нашего провода, \ $ N \ $ в приведенных выше уравнениях, также прямо пропорционально константам двигателя. Итак, как обычно, мы получаем те же результаты, когда увеличиваем и уменьшаем количество витков.


Если это еще не очевидно, крутящий момент и скорость обратно пропорциональны:

Необходимо найти компромисс между потребляемой мощностью двигателя (напряжение и ток) и выходной мощностью двигателя (крутящий момент и скорость):

$$ V \ cdot I = \ tau \ cdot \ omega $$

Если вы хотите поддерживать постоянное напряжение, вы можете только увеличить ток.Увеличение тока только увеличит крутящий момент (и общую мощность, подаваемую в систему):

$$ \ tau = K_t \ cdot I $$

Для увеличения скорости необходимо увеличить напряжение:

$$ \ omega = \ dfrac {V} {K_e} $$

Если вы хотите сохранить постоянную входную мощность, вам необходимо изменить один из физических параметров двигателя, чтобы изменить константы двигателя.

Что делает конденсатор?

Для электродвигателя переменного тока с постоянным разделением конденсаторов (также известного как электродвигатели переменного тока пускового и пускового конденсатора) для правильной работы требуется конденсатор.Выпейте чашечку кофе, мы объясним, почему.

Простой эксперимент …

Чтобы показать, насколько важен конденсатор, мы можем начать с простого эксперимента. Используйте однофазный двигатель переменного тока с постоянным разделенным конденсатором и подключите его подводящие провода непосредственно к однофазному источнику питания (без конденсатора). Скорее всего, двигатель не будет работать с нагрузкой, если вал не будет вращаться под действием внешней силы (это намного проще с двигателем с выключенным круглым валом).Это потому, что нам нужны как минимум две фазы для создания вращающегося магнитного поля в статоре. Здесь и вступает в силу конденсатор.

Что делает конденсатор?

Первоначально называемый «конденсатором», конденсатор представляет собой пассивный электронный компонент, который содержит как минимум два проводника (пластины), разделенные изолятором (диэлектриком). Проводники могут быть тонкими пленками из металла, алюминиевой фольги или дисков. Изолятор может быть стеклянным, керамическим, полиэтиленовым, воздушным или бумажным.При подключении к источнику напряжения конденсатор сохраняет электрический заряд в виде электростатического поля между своими проводниками.
По сравнению с батареей, батарея использует химические вещества для хранения электрического заряда и медленно разряжает его через цепь. На это могут уйти годы. Конденсатор выделяет свою энергию гораздо быстрее — за секунды или меньше. Типичный пример применения — вспышка вашей камеры.

ВНИМАНИЕ: Поскольку конденсатор сохраняет электрический заряд, никогда не касайтесь его клемм.Если по какой-то причине это необходимо, убедитесь, что электрический заряд полностью разряжен.

Для чего нужен конденсатор для двигателей?

Конденсатор предназначен для создания многофазного источника питания от однофазного источника питания. При многофазном питании двигатель может:

1. Установите направление вращения.
2. Обеспечьте пусковой момент двигателя и увеличивайте крутящий момент во время работы.

Все двигатели переменного тока компании

Oriental Motor представляют собой двигатели с постоянным разделением конденсаторов (конденсаторный пуск и работа). Эти двигатели содержат основную обмотку и вторичную вспомогательную обмотку. Конденсатор включен последовательно со вспомогательной обмоткой, и это приводит к тому, что ток во вспомогательной обмотке отстает по фазе с током в основной обмотке на 90 электрических градусов (четверть всего цикла). Теперь мы создали многофазный блок питания от однофазного блока питания.

Без конденсатора С конденсатором

Какой конденсатор используется в двигателе Oriental Motor?

В

Oriental Motor используются конденсаторы с электродами для осаждения из паровой фазы, признанные UL. В конденсаторах этого типа в качестве элемента используется металлизированная бумага или пластиковая пленка. Этот конденсатор также известен как «самовосстанавливающийся (SH) конденсатор». Хотя в большинстве предыдущих конденсаторов использовались бумажные элементы, в последние годы пластиковый пленочный конденсатор стал широко распространенным благодаря своей компактной конструкции.

Номинальное время проводимости

Номинальное время проводимости — это минимальный расчетный срок службы конденсатора при работе при номинальной нагрузке, номинальном напряжении, номинальной температуре и номинальной частоте. Стандартный срок службы — 40 000 часов. Конденсатор, который выходит из строя в конце срока службы, может задымиться или загореться. Мы рекомендуем заменять конденсатор по истечении расчетного времени проводимости, чтобы избежать потенциальных проблем.

Конденсатор безопасности

Некоторые конденсаторы оснащены функцией безопасности, которая позволяет безопасно и полностью удалить конденсатор из цепей для предотвращения дыма и / или возгорания в случае пробоя диэлектрика.В продукции Oriental Motor используются конденсаторы с признанными UL функциями безопасности, которые прошли проверку на ток короткого замыкания UL 810 по стандарту UL 810.

Как оцениваются конденсаторы и почему это важно?

Конденсаторы

имеют номинальную емкость, рабочее напряжение, допуск, ток утечки, рабочую температуру, эквивалентное последовательное сопротивление и т. Д. Для согласования двигателя двумя наиболее важными характеристиками являются емкость и рабочее напряжение. Номинальное напряжение обычно примерно в два раза превышает значение номинального входного напряжения двигателя в вольтах (на самом деле есть формула для определения емкости двигателя, но мы сохраним ее на потом).Для наших компактных двигателей переменного тока единицей измерения емкости является «микрофарада» или мкФ. Эти характеристики указаны как на этикетке двигателя, так и на этикетке конденсатора.

Этикетка двигателя с рекомендованным конденсатором Этикетка конденсатора

Использование конденсатора с другой емкостью может увеличить вибрацию двигателя, тепловыделение, потребление энергии, изменение крутящего момента и нестабильную работу.Если емкость слишком велика, крутящий момент двигателя увеличится, но может возникнуть перегрев и чрезмерная вибрация. Если емкость слишком мала, крутящий момент упадет. Использование конденсатора, напряжение которого превышает номинальное, может привести к повреждению, а конденсатор может задымиться или воспламениться.

Нужно ли мне правильно подбирать конденсатор для двигателей переменного тока Oriental Motor?

Нет. Каждый однофазный двигатель переменного тока Oriental Motor включает в себя специальный конденсатор, размер которого рассчитан на работу двигателя с максимальной эффективностью и производительностью.Подбор конденсаторов не требуется.

Что произойдет, если я использую другой конденсатор?

Чтобы двигатель работал с максимальной эффективностью, всегда используйте специальный конденсатор, входящий в комплект поставки двигателя. Выделенный конденсатор создает электрический фазовый сдвиг на 90 от вспомогательной (конденсаторной) фазы к основной фазе. Использование неподходящего конденсатора может сместить его с 90 градусов, и в результате неэффективность может привести к перегреву двигателя с непостоянными характеристиками крутящего момента или скорости.

Размер специального конденсатора рассчитан таким образом, чтобы двигатель создавал идеальную кривую крутящего момента / скорости. Обратите внимание на «Номинальная скорость» и «Номинальный крутящий момент». В этой рабочей точке (где эти две точки пересекаются на кривой) достигается наивысшая эффективность. Каждый двигатель рассчитан на номинальную нагрузку. Вот почему завышение номинала — не лучший способ подобрать двигатели переменного тока.

Разница в емкости конденсатора повлияет как на номинальную скорость, так и на номинальный крутящий момент, поскольку рабочая точка смещается от максимальной эффективности.Если вы используете два одинаковых двигателя с совершенно разными конденсаторами, вы получите совершенно разные результаты.

При потере максимальной эффективности увеличивается тепловыделение двигателя. Избыточный нагрев может привести к ухудшению качества смазки подшипников и сокращению срока службы двигателя. Однако полезно знать, что если температура обмотки достигает 130 ° F, цепь тепловой защиты внутри двигателя срабатывает и отключает двигатель до тех пор, пока он не остынет.

Как подключить конденсатор?

Для 3-проводного двигателя переменного тока подключите красный и белый провода к противоположным клеммам конденсатора.Подключите черный провод к стороне N (нейтраль) источника питания. Для однонаправленной работы просто подключите L (под напряжением) сторону источника питания к клеммной коробке либо к красному проводнику (по часовой стрелке), либо к белому проводу (против часовой стрелки), чтобы начать вращение. УКАЗАНИЕ: 2 ближайших терминала соединены внутри. Для двунаправленной работы используйте однополюсный двухпозиционный переключатель (SPDT) между проводом под напряжением и клеммами конденсатора для переключения направления.

Однако, чтобы переключить направление асинхронного двигателя, вы должны дождаться полной остановки двигателя.Для реверсивных двигателей направление может переключаться мгновенно.

Теперь, когда вы знаете важность конденсаторов, не упускайте их. В этом случае используйте этикетку двигателя, чтобы определить подходящий конденсатор. Следите за новостями, чтобы получить больше советов по устранению неполадок.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ — прикладное промышленное электричество

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

Рисунок 5.1 Схема семейства электродвигателей переменного тока

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

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

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

Рисунок 5.2 Диаграмма уровней моторной системы

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

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

Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году создал модель мощностью в половину лошадиных сил (400 Вт).Тесла продала права на производство Джорджу Вестингаузу за 65000 долларов. Наиболее крупными (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленными двигателями являются многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько различных обмоток на каждый полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими синусоидальными волнами со сдвигом во времени. На практике это две-три фазы. Крупные промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными.Под асинхронным двигателем мы имеем в виду, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, как трансформатор, в отличие от коллекторного двигателя постоянного тока с коллектором.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

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

Рисунок 5.3 Многофазный асинхронный двигатель Tesla

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

Рисунок 5.4 Рама статора с пазами для обмоток

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

Рисунок 5.5 Статор с обмотками 2-φ (а) и 3-φ (б)

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

Рисунок 5.6 Фазовые ремни перекрытия

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

Рисунок 5.7 Многослойный ротор с (а) встроенной беличьей клеткой, (б) токопроводящей клеткой, удаленной с ротора

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

Теория работы асинхронных двигателей

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

Рисунок 5.8 Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

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

Рисунок 5.9 В противофазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу

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

Рисунок 5.10 Окружность синуса по оси X и косинуса по оси Y

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

Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя

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

Рисунок 5.11 Удвоение полюсов статора уменьшает синхронную скорость вдвое

Синхронная скорость определяется по формуле:

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

Где:

Н с = Скорость магнитного поля (об / мин)

f = частота подаваемой мощности (Гц)

P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2

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

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

Крутящий момент в асинхронных двигателях

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

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

Где:

Н с = синхронная скорость

N = частота вращения ротора

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

[латекс] f_r = s \ cdot f [/ латекс]

Где:

с = скольжение,

f = частота сети статора

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

f r = S (f)
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.

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

Рисунок 5.12 Зависимость крутящего момента и скорости от% скольжения.

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

Классы двигателей NEMA и IEC

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

Рисунок 5.13 Характеристики для проектов NEMA

Характеристики для проектов NEMA

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

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

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

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

Рисунок 5.14 Коэффициент мощности и КПД асинхронного двигателя

КПД асинхронного двигателя

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

Корректор коэффициента мощности Nola

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

.

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока

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

Рисунок 5.15 Отрицательный крутящий момент превращает асинхронный двигатель в генератор

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

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

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

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

Асинхронные двигатели с несколькими полями

Асинхронные двигатели

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

Рисунок 5.16 Несколько полей позволяют изменять скорость

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

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

А:

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

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

Асинхронные двигатели с переменным напряжением

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

Рисунок 5.17 Регулирование переменного напряжения, скорость асинхронного двигателя

Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях

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

Рисунок 5.18 Электронный частотно-регулируемый привод

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

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

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

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

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

Рисунок 5.19 Двигатель 3-фазн. Питается от мощности 1-фазн., Но не запускается.

Одинарная катушка однофазного двигателя

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

Рисунок 5.20 Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

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

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

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

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

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

Рисунок 5.21 Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Асинхронный двигатель с постоянным разделением конденсаторов

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

Рисунок 5.22 Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

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

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

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

Рисунок 5.23 Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

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

Рисунок 5.24 Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

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

Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением

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

Рисунок 5.25 Сопротивление асинхронного двигателя с расщепленной фазой

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

Корректор коэффициента мощности Nola

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

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

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

Краткое описание: Однофазные асинхронные двигатели

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

Понимание коэффициента мощности — Laurens Electric Cooperative

Корректировка коэффициента мощности с помощью конденсаторов

Описание:

Коэффициент мощности — это соотношение (фазы) тока и напряжения в электрических распределительных системах переменного тока.В идеальных условиях ток и напряжение «синфазны», а коэффициент мощности равен «100%». При наличии индуктивных нагрузок (двигателей) коэффициент мощности менее 100% (обычно может составлять от 80 до 90%).

Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электричества, вызывает протекание более сильного тока в линиях распределения электроэнергии, чтобы обеспечить заданное количество киловатт сверх электрической нагрузки.

Эффекты?

Система распределения электроэнергии в здании или между зданиями может быть перегружена избыточным (бесполезным) током.

Мощность генерирующих и распределительных систем, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).

кВА = НАПРЯЖЕНИЕ X АМПЕР X 1,73 (трехфазная система) / 1000

При единичном коэффициенте мощности (100%) потребуется 2000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети для обеспечения 2000 кВт. Однако если коэффициент мощности упадет до 85%, потребуется 2 353 кВА мощности. Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующую и распределительную мощность.

Перегрузка с низким коэффициентом мощности для генерации, распределения и сетей с избыточным значением кВА.

Если вы владеете большим зданием, вам следует подумать о корректировке низкого коэффициента мощности по любой из этих причин или по обеим этим причинам:

  • Чтобы снизить вероятность дополнительных расходов на коэффициент мощности в случае, если Laurens Electric начнет выставлять счета за корректировку коэффициента мощности и
  • To восстановить мощность (кВА) перегруженных фидеров в здании или строительном комплексе.

Есть несколько методов коррекции более низкого коэффициента мощности.Обычно используются: емкость.

Конденсаторные батареи

Самым практичным и экономичным устройством коррекции коэффициента мощности является конденсатор. Это улучшает коэффициент мощности, поскольку влияние емкости прямо противоположно влиянию индуктивности.

Вариант номинальной мощности конденсатора в кВАр показывает, сколько реактивной мощности будет выдавать конденсатор. Так как этот вид реактивной мощности компенсирует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости снижает чистую потребляемую реактивную мощность на ту же величину.Конденсатор на 15 кВАр, например, нейтрализует 15 кВА индуктивной реактивной мощности.

Конденсаторы могут быть установлены в любой точке электрической системы и улучшат коэффициент мощности между точкой приложения и источником питания. Однако коэффициент мощности между нагрузкой и конденсатором останется неизменным. Конденсаторы обычно добавляются в каждую часть неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными щитами) или в основных службах.

Понятие о коэффициенте мощности и его важности

Коэффициент мощности — это показатель того, насколько эффективно вы используете электроэнергию. Чтобы обеспечить нас электроэнергией, работают различные виды энергии. Вот что делает каждый.

Рабочая мощность — «истинная» или «реальная» мощность, используемая всеми электрическими приборами для выполнения работы по обогреву, освещению, движению и т. Д. Мы выражаем это как кВт или киловатт. Распространенными видами резистивных нагрузок являются электрическое отопление и освещение.

Индуктивная нагрузка, такая как двигатель, компрессор или балласт, также требует реактивной мощности для создания и поддержания магнитного поля для работы. Мы называем эту нерабочую мощность кВАр или киловольт-ампер-реактивной.

В каждом доме и на предприятии есть как резистивные, так и индуктивные нагрузки. Соотношение между этими двумя типами нагрузок становится важным по мере добавления индуктивного оборудования. Рабочая мощность и реактивная мощность составляют полную мощность, которая называется кВА, киловольт-ампер.Мы определяем полную мощность по формуле, кВА2 = кВ * А.

Идя еще дальше, коэффициент мощности (PF) — это отношение рабочей мощности к полной мощности или формула PF = кВт / кВА. Высокий коэффициент мощности приносит пользу как потребителю, так и коммунальному предприятию, в то время как низкий коэффициент мощности указывает на плохое использование электроэнергии.

Вот пример. Операция штамповки стали выполняется при 100 кВт (рабочая мощность), а счетчик кажущейся мощности регистрирует 125 кВА. Чтобы найти коэффициент мощности, разделите 100 кВт на 125 кВА, чтобы получить коэффициент мощности 80%.Это означает, что только 80% входящего тока выполняет полезную работу, а 20% теряется из-за нагрева проводов. Поскольку Edisto Electric должна обеспечивать потребности всех клиентов как в кВт, так и в кВА, чем выше коэффициент мощности, тем эффективнее становится наша распределительная система.

Улучшение PF может максимизировать допустимую нагрузку по току, повысить напряжение на оборудование, снизить потери мощности и снизить счета за электроэнергию. Самый простой способ улучшить коэффициент мощности — добавить в электрическую систему конденсаторы коррекции коэффициента мощности.Конденсаторы коррекции коэффициента мощности действуют как генераторы реактивного тока. Они помогают компенсировать нерабочую мощность, используемую индуктивными нагрузками, тем самым улучшая коэффициент мощности. Взаимодействие между конденсаторами PF и специализированным оборудованием, таким как приводы с регулируемой скоростью, требует хорошо спроектированной системы.

Конденсаторы коррекции

PF могут включаться каждый день при запуске индуктивного оборудования. Включение конденсатора может вызвать очень кратковременное состояние «перенапряжения». Если у заказчика возникают проблемы с приводами с регулируемой скоростью, которые выключаются из-за «перенапряжения» примерно в одно и то же время каждый день, исследуйте последовательность управления переключением.Если клиент жалуется на перегорание предохранителей на некоторых, но не на всех, конденсаторах, проверьте наличие гармонических токов.

СЛЕДУЮЩИЙ

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *