Критическое скольжение асинхронного двигателя: Характеристика скольжения асинхронного двигателя: описание и определение, как она измеряется

Содержание

Характеристика скольжения асинхронного двигателя: описание и определение, как она измеряется

Для детального анализа параметров двигателя определяется зависимость, показанная на графике выше.

Содержание

Характеристики скольжения асинхронного двигателя: описание и определение, способы измерения

Одним из наиболее важных параметров асинхронного двигателя является скольжение. Это переменная величина. Он может меняться в зависимости от режимов работы двигателя, значений напряжения, общей нагрузки.

В этой статье мы рассмотрим, что это за явление, как оно рассчитывается, от каких условий зависит.

Критическое скольжение определяется как отношение сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (на основе активного сопротивления статора и индуктивного сопротивления статора и диссипации ротора).

Скольжение асинхронного двигателя

Взаимодействие магнитного поля с токами в роторе асинхронного двигателя создает электрический момент, который стремится уравнять скорость вращения магнитных полей статора и ротора.

Разность скоростей магнитных полей статора и ротора асинхронного двигателя характеризуется величиной скольжения s = (n 1 – n 2 ) / n 2, где n 1 – частота вращения синхронного поля, об/мин, n2 – частота вращения ротора асинхронного двигателя, об/мин. При номинальной нагрузке скольжение обычно недостаточно, поэтому, например, для электродвигателя с n 1 = 1 500 об/мин, n2 = 1 460 об/мин, скольжение составляет: s = ((1 500 – 1 460) / 1 500 ) x 100 = 2,7%.

Асинхронный двигатель не может достичь синхронной скорости даже в трех отключенных механизмах, потому что в нем проводники ротора не будут пересекаться магнитным полем, в них не будет индуцированной электродвижущей силы и в них не будет тока. Асинхронный момент при s = 0 будет равен нулю.

В начальной точке запуска обмотки ротора проводят ток с частотой сети. По мере ускорения ротора частота тока в роторе будет определяться скольжением асинхронного двигателя: f2 = s x f1, где f1 – частота тока, подаваемого на статор.

Сопротивление ротора является функцией частоты тока в роторе, причем чем больше частота, тем больше индуктивное сопротивление. По мере увеличения индуктивного сопротивления ротора увеличивается сдвиг фаз между напряжением и током в обмотках статора.

Поэтому при запуске асинхронных двигателей коэффициент мощности значительно ниже, чем при нормальной работе. Величина тока определяется эквивалентным сопротивлением двигателя и приложенным напряжением.

Значение эквивалентного сопротивления асинхронного двигателя с конфигурацией скольжения изменяется по сложному закону. При уменьшении скольжения от 1 до 0,15 сопротивление обычно увеличивается менее чем в 1,5 раза, от 0,15 до s Ом – в 5-7 раз по сравнению с начальным значением при запуске.

Ток изменяется обратно пропорционально изменению эквивалентного сопротивления. Таким образом, при запуске, вплоть до скольжения 0,15, ток немного уменьшается, а затем быстро миниатюризируется.

Крутящий момент также можно определить по электрической мощности на валу, как отношение этой мощности к угловой скорости ротора. Значение крутящего момента пропорционально квадрату напряжения и обратно пропорционально квадрату частоты.

Соответствующие значения крутящего момента в зависимости от скольжения (или скорости) – это начальное значение крутящего момента (когда двигатель неподвижен), наибольшее значение крутящего момента (и соответствующее скольжение, называемое критическим скольжением) и наименьшее значение крутящего момента в диапазоне скоростей от остановки до номинальной скорости.

Значения крутящего момента для номинальных напряжений можно найти в каталогах электронных машин. Знание низкого крутящего момента необходимо при расчете допустимости запуска или самозапуска полностью загруженной машины. Поэтому его значение для некоторых расчетов должно быть определено или получено от поставщика.

Максимальное значение крутящего момента определяется индуктивным сопротивлением статора и ротора и не зависит от величины сопротивления ротора.

Критическое скольжение определяется отношением сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (обоснованному активным сопротивлением статора, индуктивным сопротивлением статора и диссипацией ротора).

Увеличение только активного сопротивления ротора сопровождается увеличением критического скольжения и смещением максимального крутящего момента в область более высокого скольжения (наименьшей скорости). Этот метод может быть использован для изменения характеристик крутящего момента.

В асинхронных двигателях с фазным ротором изменение момента при различных скоростях скольжения достигается с помощью резистора, введенного в цепь обмотки ротора. В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором изменение момента может быть достигнуто путем внедрения двигателей с регулируемой скоростью или использования преобразователей частоты.

Существует несколько подходов к измерению скольжения в асинхронном двигателе. При значительном отличии рабочей частоты от синхронной частоты S измеряется с помощью тахометра или тахогенератора. Это специальное устройство, соединенное с приводным валом.

Как можно измерить значение S?

Существует несколько методов измерения скольжения в электродвигателе асинхронного типа. Если рабочая частота значительно отличается от синхронной частоты, S измеряется с помощью тахометра или тахогенератора. Это специальное устройство, соединенное с приводным валом.

Стробоскопический метод. В этом методе используется неоновая лампа. Измерения можно проводить только в том случае, если скольжение не превышает пяти процентов. На валу двигателя необходимо провести линию мелком. Вместе с ним может быть установлен стробоскопический диск. Затем на него светят лампой, которая подсчитывает, сколько раз вал совершил оборот за определенный промежуток времени. Окончательные расчеты производятся по специальным формулам. В этом методе допустимо использовать самый популярный стробоскоп. Его пример приведен ниже.

Третий способ поиска скольжения – через индукционную катушку. Как это сделать. Возьмите катушку от электромагнитного реле постоянного тока (контактора). Этот вариант лучше всего, потому что он имеет довольно много витков, около 20 000 витков. А для этих измерений вам нужно не менее 3 000. Подключите к катушке точный милливольтметр (он подходит из-за своей чувствительности). Затем установите катушку там, где заканчивается вал якоря.

Затем подсчитайте количество сделанных колебаний и по специальной формуле определите скольжение.

Кстати, если ротор асинхронного двигателя имеет фазу, S можно рассчитать с помощью магнитоэлектрического амперметра. Устройство подключается к любой из трех фаз якоря, подсчитывает количество колебаний стрелки (за определенный период времени) и вычисляет нужное значение по той же формуле, что и в методе катушки.

ГОСТ Р 53986-2010: Генераторные установки переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Часть 3: Генераторные установки переменного тока – ГОСТ Р 53986-2010:Генераторные установки переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Часть 3: Генераторные установки переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Оригинальный документ: 3.2.9 время восстановления напряжения; tU… Глоссарий технической и проектной документации

Литература

Хомяков Н. М., Денисов В.В., Панов В.А. Электротехника и электрооборудование судов. – Ленинград: Издательство “Судостроение”, 1971 г. – 368 с.

Электрические явления (на русском языке).
Системы управления электродвигателями

Фонд Викимедиа . 2010 .

Полезная страница

Смотреть что такое “Скольжение асинхронного двигателя” в других словарях

Скольжение – Этой статье не хватает введения. Пожалуйста, заполните вводный раздел кратким описанием темы статьи. Скольжение: скольжение (авиация) Тепловое скольжение Скольжение асинхронного двигателя … Википедия

Проскальзывание ротора асинхронного двигателя – Скольжение ротора асинхронного двигателя – [Я.Н.Лугинский, М.С.Феси Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Темы электротехника, основные понятия Синонимы скольжение ротора … …Руководство технического переводчика

ГОСТ Р 53986-2010: Генераторные установки переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Часть 3: Генераторные установки переменного тока – Терминология ГОСТ Р 53986-2010: Генераторные установки переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Часть 3. 3.2.9 время восстановления напряжения; tU… Глоссарий терминов для проектной и технической документации

ГЕНЕРАТОРЫ И ДВИГАТЕЛИ – Вращающиеся машины, преобразующие механическую энергию в электрическую (генераторы) или электрическую энергию в механическую (двигатели). Работа генераторов основана на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле … Энциклопедия Кольера

Асинхронная машина – Статор и ротор асинхронной машины 0,75 кВт, 1420 об/мин, 50 Гц, 230 400 В, 3,4 2,0 А Асинхронная машина – это электрическое устройство переменного тока … Википедия

Линейный двигатель – Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане – статор в виде ряда индукционных катушек, на переднем плане – подвижная вторичная обмотка, содержащая постоянный магнит … Википедия

Трехфазный двигатель – Трехфазный синхронный двигатель Трехфазный синхронный двигатель – это электродвигатель, предназначенный для питания от трехфазной сети переменного тока. Это машина переменного тока, состоящая из статора с тремя обмотками,… … Википедия

Характеристики – K.4.Характеристики Используются следующие дополнительные характеристики: K.4.3.1.2 Номинальное напряжение изоляции Минимальное номинальное напряжение изоляции должно составлять 250 В. K.4.3.2.1 Номинальный внешний тепловой ток….. Глоссарий нормативной терминологии

Характеристики регулирования напряжения – 3.2.12 Характеристики регулирования напряжения: Кривые выходного напряжения генератора как функция токов нагрузки при заданном коэффициенте мощности при установившемся режиме работы на номинальной скорости без ручного управления.

Более высокое скольжение может быть достигнуто двумя способами: уменьшением индукции за счет увеличения числа витков обмотки в статоре или, что более распространено, использованием обмотки ротора, усиленной специальным сплавом с высоким сопротивлением. Проще говоря, чем выше сопротивление обмотки ротора, тем меньше ток протекает в роторе, и магнитное поле, создаваемое током в этой обмотке, также становится меньше. Это приводит к увеличению скольжения, магнитное поле статора с меньшей вероятностью “поймает” ротор с ослабленным магнитным полем.

Использование двигателей с повышенным скольжением

Основным преимуществом двигателей с удлиненным скольжением является их способность работать при большой нагрузке, неравномерной пульсирующей (ударной) нагрузке и прерывистой работе с частыми пусками и остановками (режимы S2, S3, S4, S6). Стандартный двигатель может перегореть в таких условиях, поскольку он рассчитан на нечастые остановки и пуски. В других случаях эти двигатели практически идентичны стандартным моделям общепромышленных двигателей.

Электродвигатели с повышенным скольжением используются для привода механизмов с пульсирующими нагрузками (например, поршневые компрессоры малой мощности) и ударными нагрузками (молоты, прессы), а также для привода транспортных машин.

Ток изменяется обратно пропорционально изменению последовательного сопротивления, поэтому при запуске, до скольжения около 0,15, ток падает незначительно, а затем быстро уменьшается.

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

До широкого распространения преобразователей частоты асинхронные двигатели средней и большой мощности выпускались с фазно обмотанным ротором. Трехфазные асинхронные двигатели с фазнозамкнутым ротором (ADFR) обычно использовались в приложениях со сложными условиями запуска, например, в качестве крановых двигателей переменного тока или для привода оборудования, требующего плавного регулирования скорости.

Проектирование АДФР

Фазированный ротор

По своей конструкции фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку (аналогичную обмотке статора), расположенную в пазах сердечника фазного ротора. Фазные концы этой обмотки ротора обычно соединены звездой, а начала подключены к контактным кольцам, которые изолированы друг от друга и от вала. Реостат трехфазного пуска или управления обычно подключается к щеткам контактных колец. Асинхронные двигатели с фазированным ротором сложнее, чем двигатели с короткозамкнутым ротором, хотя они имеют лучшие характеристики запуска и управления.

Ротор с фазной обмоткой

Статор ADFR

Статор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором конструктивно не отличается от статора двигателя с короткозамкнутым ротором.

Обозначение выводов вспомогательной обмотки для трехфазного АДСР

Схема подключения обмоток, обозначение фаз и выходов	Обозначение выхода
Схема подключения обмоток, обозначение фаз и выходов	Начало	Конец
Разомкнутая цепь (количество проводников 6)
первый этап	K1	K2
вторая фаза	L1	L2
третий этап	M1	M2
Соединение звездой (количество проводников 3 или 4)
первый этап	K
вторая фаза	L
третий этап	M
звездная точка (нулевая точка)	Q
Дельта-подключение (количество выводов 3)
первый вывод	K
второй ведущий	L
третий лид	M

Схема подключения обмоток, маркировка фаз и выводов	Обозначение выхода
Соединение звездой (количество выводов 3 или 4)
первый этап	Р1
вторая фаза	Р2
третий этап	Р3
нулевая точка
Дельта-подключение (количество выводов 3)
первый вывод	Р1
второй ведущий	Р2
третий лид	Р3

Начало АДПФ

Двигатель с фазным ротором запускается с помощью реостата в цепи ротора.

Используются проволочные реостаты и жидкостные реостаты.

Металлические реостаты ступенчатые, а переключение с одной ступени на другую осуществляется либо вручную с помощью рукоятки управления, основным элементом которой является вал с установленными на нем контактами, либо автоматически с помощью контакторов или контроллера с электрическим приводом.

Жидкостный реостат это емкость с электролитом, в которую опускаются электроды. Сопротивление реостата регулируется путем изменения глубины погружения электродов [3].

Для повышения эффективности и снижения износа щеток некоторые АДСР включают специальное устройство (механизм короткого замыкания), которое при активации поднимает щетки и замыкает кольца.

При запуске с помощью реостата достигаются благоприятные пусковые характеристики, так как при низких пусковых токах достигаются высокие значения крутящего момента. В настоящее время АДПФ заменяются комбинацией асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и преобразователя частоты.

Читайте далее:

Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
Рабочие характеристики асинхронного двигателя; Школа для электриков: электротехника и электроника.
Векторное и скалярное управление преобразователями частоты – принцип работы, система управления.
Асинхронный электродвигатель – конструкция, принцип работы, типы асинхронных двигателей.
Принцип работы синхронного двигателя.
Векторное управление вентильным двигателем в безредукторном сервоприводе – темы научных работ по электротехнике, электронике, информатике читайте бесплатно тексты научных работ в электронной библиотеке КиберЛенинка.
Типы электродвигателей и их характеристики.

Характеристика скольжения асинхронного двигателя: описание и определение, как она измеряется

Для детального анализа параметров двигателя определяется зависимость, показанная на графике выше.

Содержание

Характеристики скольжения асинхронного двигателя: описание и определение, способы измерения

В этой статье мы рассмотрим, что это за явление, как оно рассчитывается, от каких условий зависит.

Скольжение асинхронного двигателя

Как можно измерить значение S?

Затем подсчитайте количество сделанных колебаний и по специальной формуле определите скольжение.

Литература

Хомяков Н.М., Денисов В.В., Панов В.А. Электротехника и электрооборудование судов. – Ленинград: Издательство “Судостроение”, 1971 г. – 368 с.

Электрические явления (на русском языке).
Системы управления электродвигателями

Фонд Викимедиа . 2010 .

Полезная страница

Смотреть что такое “Скольжение асинхронного двигателя” в других словарях

Использование двигателей с повышенным скольжением

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Проектирование АДФР

Фазированный ротор

Ротор с фазной обмоткой

Статор ADFR

Обозначение выводов вспомогательной обмотки для трехфазного АДСР

Схема подключения обмоток, обозначение фаз и выходов	Обозначение выхода
Схема подключения обмоток, обозначение фаз и выходов	Начало	Конец
Разомкнутая цепь (количество проводников 6)
первый этап	K1	K2
вторая фаза	L1	L2
третий этап	M1	M2
Соединение звездой (количество проводников 3 или 4)
первый этап	K
вторая фаза	L
третий этап	M
звездная точка (нулевая точка)	Q
Дельта-подключение (количество выводов 3)
первый вывод	K
второй ведущий	L
третий лид	M

Схема подключения обмоток, маркировка фаз и выводов	Обозначение выхода
Соединение звездой (количество выводов 3 или 4)
первый этап	Р1
вторая фаза	Р2
третий этап	Р3
нулевая точка
Дельта-подключение (количество выводов 3)
первый вывод	Р1
второй ведущий	Р2
третий лид	Р3

Начало АДПФ

Двигатель с фазным ротором запускается с помощью реостата в цепи ротора.

Используются проволочные реостаты и жидкостные реостаты.

Читайте далее:

Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
Рабочие характеристики асинхронного двигателя; Школа для электриков: электротехника и электроника.
Векторное и скалярное управление преобразователями частоты – принцип работы, система управления.
Асинхронный электродвигатель – конструкция, принцип работы, типы асинхронных двигателей.
Принцип работы синхронного двигателя.
Векторное управление вентильным двигателем в безредукторном сервоприводе – темы научных работ по электротехнике, электронике, информатике читайте бесплатно тексты научных работ в электронной библиотеке КиберЛенинка.
Типы электродвигателей и их характеристики.

2-3-3. Характеристики асинхронных двигателей

Как описано в главе 1, синхронная скорость вращающегося двигателя с магнитным полем определяется по следующей формуле:

N _S : Синхронная скорость вращения (оборотов в минуту) [об/мин] N ₀ : Синхронная скорость вращения (оборотов в секунду) [об/с]

f: Частота питания [Гц] p: Число полюсов двигателя

Слип

Когда мы думаем об асинхронных двигателях, есть важный момент. То есть катушка должна пересекать магнитное поле, чтобы через катушку протекал ток.

Для этого должна быть относительная разница скоростей между магнитным полем и катушкой.

Из-за этой разницы скоростей двигатель вращается со скоростью, немного меньшей, чем синхронная скорость.

Это отличие скорости от синхронной скорости называется скольжением и обозначается символом s. Скольжение s выражается следующей формулой:

N: Скорость вращения ротора [об/мин] N _S : Синхронная скорость вращения [об/мин]

Скольжение обычно выражается в процентах. Скольжение мощного асинхронного двигателя составляет от 2 до 3%, когда двигатель работает под номинальной нагрузкой. Вышеупомянутое значение становится несколько больше с небольшими однофазными двигателями.

Скорость вращения и крутящий момент

На рис. 2.40 показаны характеристики асинхронных двигателей. Когда двигатель сконструирован таким образом, что полное сопротивление алюминиевого проводника ротора уменьшено, его КПД повышается в диапазоне высоких скоростей. И, с другой стороны, при проектировании двигателя с высоким импедансом он имеет повышенный крутящий момент в диапазоне низких скоростей.

В области справа от максимального крутящего момента на характеристической кривой увеличение нагрузки не так сильно снижает скорость низкоимпедансных двигателей. Крутящий момент увеличивается и становится стабильным.

А именно, скорость этих двигателей остается практически неизменной, несмотря на изменения нагрузки.

На рис. 2.41 представлены характеристики этих двигателей с учетом крутящего момента по горизонтальной оси и скорости вращения по вертикальной оси с добавлением тока и КПД.

Сравнивая этот график с приведенными выше характеристиками двигателей постоянного тока, вы найдете следующую характеристику асинхронных двигателей.

● Изменения нагрузки не сильно влияют на их скорость, хотя их крутящий момент изменяется.
● Зависимость между крутящим моментом и током не является линейной.

рис. >

Рис. 2.40 Крутящий момент и скорость вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (характеристики N-T)Рис. 2.41 Нагрузочные характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (пример)

2-3-1 Структура и характеристики коллекторных двигателей переменного тока
2-3-2 Принцип вращения асинхронного двигателя
2-3-3 Характеристики асинхронных двигателей
Двигатель 2-3-4 с использованием диска Араго

Основная информация о двигателе

На пути к экономичному однофазному двигателю

Энергетика и энергетика
Том 5 №9 (2013 г.), № статьи:39781,13 страниц DOI:10.4236/epe.2013.59058

К экономичному однофазному двигателю

Махди Альшамасин

Факультет инженерных технологий, Прикладной университет Аль-Балка, Амман, Иордания

Электронная почта: [email protected]

Copyright © 2013 Махди Альшамасин. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Поступила в редакцию 06.09.2013 г.; пересмотрено 6 октября 2013 г.; принято 13 октября 2013 г.

Ключевые слова: Производительность конденсаторного двигателя; Основная фаза; сбалансированная работа; симметрия; схемы подключения; контроль параметров балансировки; реактивные элементы; фактор силы; КПД

АННОТАЦИЯ

Изучение баланса работы однофазных асинхронных двигателей представляет интерес в связи с необходимостью снижения потребляемой мощности и увеличения ресурса двигателей. В статье основное внимание уделяется улучшению характеристик двигателя за счет балансировки работы фаз статора для наиболее распространенных схем подключения однофазных асинхронных двигателей с конденсатором (SPCRIM) и трехфазных асинхронных двигателей (TPIM), работающих от однофазного питания ( СПС). Поэтому используется математическая модель для балансировки работы двигателя путем изменения частоты питающего напряжения. Исследованы характеристики параметров балансировки, представлены различные методы балансировки двигателей и проведено сравнение этих методов балансировки.

1. Введение

Экономичные однофазные двигатели необходимы в настоящее время, поскольку потребляется огромное количество энергии из-за широкого использования этих двигателей в таких сферах жизни, как: бытовая, сельскохозяйственная, промышленная и т. д. [1-3 ].

За счет повышения производительности однофазных двигателей фермы, нефтяные скважины, дома и отдаленные мастерские, имеющие только однофазную линию, не должны устанавливать дорогие трехфазные линии или прибегать к дорогостоящим инверторам или дизельным насосам. Кроме того, во многих случаях может потребоваться использование трехфазного асинхронного двигателя в однофазной системе питания. Например, были обнаружены технические и экономические преимущества первоначальной установки системы с однопроводным заземлением (SWER) для электрификации сельских районов в отдаленных и холмистых районах [4].

Для однофазного асинхронного двигателя с конденсатором (SPCRIM) и трехфазного асинхронного двигателя (TPIM), работающего от однофазного источника питания (SPS), ток полной нагрузки может иметь коэффициент мощности, близкий к единице, что снижает трансформаторы энергетической компании и потери при распределении. При сбалансированной работе двигателей КПД однофазных двигателей может превышать 90%. Таким образом, производительность однофазного двигателя может быть улучшена и стать конкурентоспособной по сравнению с трехфазным двигателем на трехфазной линии. Использование SPCRIM — лучший выбор для конкуренции с трехфазными двигателями; в то время как рабочий конденсатор может улучшить КПД двигателя, пусковой момент и коэффициент мощности. Кроме того, использование дополнительных реактивных элементов приводит к надежной балансировке двигателя, что обеспечивает отличные рабочие характеристики двигателя [5].

В действительности, СПКРИМ и ТПИМ, питаемые от СИП, страдают от нагрева из-за эллиптического поля, вызванного асимметрией фазных нагрузок [6]. Неравномерная работа фаз статора этих двигателей негативно отражается на температуре обмотки, коэффициенте мощности и КПД двигателя [7,8]. Поэтому устранение асимметричного действия имеет большое теоретическое и практическое значение.

Условные схемы подключения СПКИМ и ТИМ, работающих от СИП [9,10] при постоянном значении емкости в цепи статора, питаемой напряжением постоянной частоты, не способны обеспечить сбалансированную работу фаз статора во всем диапазоне скольжения двигателя [11]. Это связано с эллиптичностью вращающегося поля, которое принимает круглую форму только при определенных условиях. В этом случае балансировка возможна только при определенном значении скольжения, а колебания нагрузки вызовут разбалансировку двигателя и вызовут нагрев его обмоток [12]. Устранение несимметрии фазных нагрузок возможно следующими способами:

1) Использование фазосдвигающего конденсатора одного номинала и регулирование частоты источника питания.

2) Ввод внешнего реактивного сопротивления в цепь СПКРИМ или ТИПИМ, питаемых от СИП. Это наиболее подходящий метод для обеспечения требуемых значений фазных токов и соответствующих углов между ними (строгая симметрия).

3) Переключение числа витков обмотки статора и регулирование величины фазосдвигающей емкости [13,14], что считается наиболее экономичным методом с точки зрения использования электрической энергии и нагрева двигателя. В данной статье разработана математическая модель для балансировки работы двигателя путем изменения частоты питающего напряжения и исследования характеристик параметров балансировки. Кроме того, в статье представлен расширенный обзор используемых методов балансировки, сравнение между ними путем исследования поведения и ограничений каждого метода для наиболее часто используемых схем подключения асинхронных двигателей, питаемых от однофазной сети, в практических приложениях.

2. Балансировка работы двигателя за счет управления частотой питания

Создаваемое поле в СПКРИМ и ТИПМ, работающих от СИП, может иметь прямолинейную, эллиптическую или круглую форму в зависимости от реактивного сопротивления фазосдвигающего конденсатора. Конечно, машина будет иметь наилучший КПД и коэффициент мощности, когда поле имеет круглую форму. Таким образом, фазные токи равны по величине, а фазовый угол между ними составляет 90 эл. градусов у ИПКРИМ или 120 эл. градусов у ТИП, работающих от СИП. Реактивным сопротивлением можно управлять, изменяя частоту питающего напряжения, и при определенных условиях, при которых ток обратной последовательности становится равным нулю, работа двигателя сбалансирована [15]. Значение реактивного сопротивления конденсатора, удовлетворяющее первому условию балансировки, можно рассчитать из следующего соотношения:

(1)

второе условие балансировки:

(2)

где А и В — коэффициенты балансировки

2.1. Условия балансировки SPCRM с двумя обмотками, соединенными параллельно

Принципиальная схема SPCRIM с двумя параллельно соединенными обмотками показана на рисунке 1. Используя методы симметричных компонентов, несбалансированные переменные двигателя можно разложить на прямую (прямую) последовательность и отрицательную ( назад) компоненты последовательности [16,17]. На рис. 2 представлена эквивалентная схема этих компонентов [18].

Согласно методу симметричных составляющих фазные токи можно записать в виде [16,19]

(3)

Рис. 1. Принципиальная схема СПКРМ с двумя параллельно включенными обмотками.

(a)(b)

Рис. 2. Пофазная эквивалентная схема; (а) Положительная последовательность, (б) Отрицательная последовательность.

(4)

По закону Кирхгофа напряжения, моделирующие SPCRM, равны

(5)

(6)

, где

Из уравнений (5) и (6) уравнение баланса (при котором становится равным нулю) равно

(7)

Подставляя действительную и мнимую части импедансов, получаем

(8)

Решая это уравнение, получаем

(9)

(10)

Из уравнений (9) и (10) мы получаем

Таким образом, коэффициенты баланса составляют

2,2. Условия балансировки трехфазного асинхронного двигателя с однофазным питанием

Принципиальная схема ТИП, включенных в треугольник и работающих от СИП, показана на рис. 3.

По законам Кирхгофа напряжения и токи равны симметричные составляющие для напряжений и токов в уравнения (11) и (12) дают [20]:

(14)

(15)

при уравновешенном состоянии

(16)

следовательно,

(17)

это означает

(18)

(19)

Решая уравнения (18) и (19), получаем

, могут быть получены балансировочные коэффициенты для наименьших принципиальных схем SPCRIM и TPIM, питаемых от SPS. Коэффициенты уравновешивания получаются такими же, как в таблице 1.

Далее, когда частота поддерживается постоянной, уравнение (2) удовлетворяется при определенном значении скольжения. Изменение скольжения (S) приводит к изменению токов статора, а для определенных значений скольжения именно S = S _sym , токи статора будут равны друг другу [21]. Фазовый угол между фазными токами, требующий установления баланса, может быть получен с помощью сдвигающего конденсатора. Другими словами, для любого скольжения (S) существует определенная частота (f _sym ), при которой двигатель будет сбалансирован. Чтобы найти

Рис. 3. Принципиальная схема трехфазного Δ-двигателя, питающегося от однофазной сети.

Таблица 1. Балансировочные коэффициенты для общеупотребительных схем подключения.

частота, при которой достигается сбалансированная работа двигателя для различных значений скольжения, значения R ₁ и X ₁ должны быть найдены из эквивалентной схемы однофазного двигателя на рис. 2(а) как

(20)

(21)

Подставляя R ₁ и X ₁ из уравнения (20) и уравнения (21) в уравнение (2) и переставляя полученное уравнение с пренебрежением активным сопротивлением статора, получаем частота балансировки на единицу может быть найдена как:

(22)

Для двигателей малой и средней мощности можно рассмотреть, и тогда поблочная балансировочная частота может быть рассчитана как: работа двигателя сбалансирована, можно получить как:

(24)

Критическое скольжение (скольжение при максимальном крутящем моменте) является функцией частоты и может быть рассчитано по выражению [22]

(25)

3. Балансировка SPCRIM путем введения индуктивного сопротивления в цепь статора

Значения балансировочного сопротивления (индуктивного и емкостного) для наиболее распространенных схем включения СПКРИМ и ТИП, питаемых от СИП, можно определить по следующей группе уравнений [5]:

(26)

(27)

где коэффициенты уравнений (26) и (27) можно получить из таблицы 2.

4. Балансировка работы двигателя путем управления значением емкости

В этом методе частота постоянна и часто равна до номинальной частоты, в то время как емкость изменяется, чтобы обеспечить балансировку при изменении нагрузки. Величина балансировочного конденсатора может регулироваться электронным способом [4,23].

Балансировка SPCRM с двумя параллельно соединенными обмотками

Для SPCRIM с двумя параллельно соединенными обмотками, где емкость конденсатора изменяется в зависимости от нагрузки, как показано на рис. 4, значение балансировочной емкости можно рассчитать по уравнениям (5 ) и (6) приравнивая абсолютные значения и как [10,24].

(28)

где

5. Моделирование и результаты

Кривые параметров балансировки X _K , S _sym и S _cr в зависимости от частоты, в зависимости от уравнений (1), (24) и (25), были исследованы с использованием программного обеспечения labVIEW для SPCRIM и TIM, работающих от SPS со следующими данными:

На рисунках 5-8 показаны полученные кривые для наиболее часто используемых схем подключения.

Из этих рисунков видно, что S _sym обратно пропорциональна частоте, где ее значение на низких частотах приближается к 1. Это означает, что двигатель может быть запущен со сбалансированным состоянием, и это считается очень важным аспектом. в повторно-кратковременно работающих двигателях. Однако при работе в установившемся режиме низкая частота может привести к большим потерям энергии из-за высокого значения уравновешивающего скольжения, и этого следует избегать. Пунктирные кривые показывают изменение критического скольжения в зависимости от частоты. Следует отметить, что до тех пор, пока S _cr > S _sym , двигатель будет работать стабильно, и стабильность будет зависеть от разницы между S _cr и S _sym, где чем больше разница, тем стабильнее двигатель. Следовательно, стационарная область определяется, когда f > 0,2 f _n .

Характеристики импеданса балансировочных элементов также строятся с помощью программного обеспечения labVIEW.

На рис. 9 показана зависимость между балансировочным сопротивлением и скольжением на разных частотах для вышеописанных двигателей с прилагаемыми схемами подключения:

Значения реактивного сопротивления рассчитываются с использованием уравнений (26) и (27) для рисунков 9(a) и (b) соответственно. На рис. 9(а) показано, что индуктивное сопротивление X _L высокое в режиме холостого хода и уменьшается при увеличении нагрузки до тех пор, пока не достигнет минимального значения без пересечения оси X (только индуктивное поведение. Это ясно для высоких

Рисунок 4. Однофазный асинхронный двигатель с двумя параллельно соединенными обмотками и конденсатором с электронным управлением

Рис. 5. Баланс СПКРИМ с двумя параллельно включенными обмотками.

Таблица 2. Коэффициенты уравнений балансировки для распространенных типов принципиальных схем.

Рис. 6. Баланс СПКРИМ с двумя последовательно соединенными обмотками.

Рис. 7. Баланс Δ – подключенный трехфазный асинхронный двигатель, питающийся от однофазной сети.

Рис. 8. Баланс Ү – подключенный трехфазный асинхронный двигатель ТПИМ с питанием от однофазной сети.

частоты питающих напряжений. Балансировочное емкостное сопротивление Х _К велико на холостом ходу и уменьшается с ростом нагрузки одинаково для всех частот питающих напряжений.

На рис. 9(b) показано, что уравновешивающее реактивное сопротивление X _L и реактивное сопротивление X _K имеют одинаковое поведение. Сначала они увеличиваются за счет увеличения нагрузки до тех пор, пока не достигнут максимальных значений, затем снова начинают уменьшаться. Балансировка индуктивного сопротивления X _L будет пересекать ось X (емкостное поведение) при частоте f = 40 Гц (F = 0,8) и высоком значении скольжения. При увеличении частоты питающего напряжения точка пересечения X _L с осью X будет происходить при меньших значениях скольжения. Понятно, что на высоких частотах балансная работа будет достигаться

только за счет регулирования величины емкости, другими словами, оба балансирующих элемента должны быть конденсаторами.

Такие же индуктивное и емкостное поведение имеют место для наименьшей из схем подключения, перечисленных в таблице 2, основанных на группе уравнений (26) и (27).

Балансировочная емкостная характеристика была построена с использованием уравнения (28) также для двигателя мощностью P _n = 2,8 кВт, как показано на рисунке 10. значение емкости пропорционально скольжению до заданного значения, после чего зависимость становится нелинейной, и уравновешивающая емкость практически не изменяется при увеличении скольжения выше критического скольжения. Балансировочная емкость для пускового состояния намного больше, чем для рабочего состояния. Хотя увеличение емкости сверх номинального значения помогает в балансировке, но оно сопровождается увеличением токов, особенно во вспомогательной обмотке. Таким образом, этот метод перспективен для колебаний нагрузки вокруг номинального значения, если режим работы двигателя непрерывен.

В исследовании обсуждаются различные методы повышения производительности SPCRIM и TPIM, работающих от SPS. Однофазный асинхронный двигатель широко используется в инженерной практике и ежегодно расходует много электроэнергии. Повышение эффективности асинхронного двигателя имеет большое значение для энергопотребления, поэтому необходима оптимизация конструкции однофазного асинхронного двигателя. Математическая модель выглядит хорошо.

Математическая модель используется для балансировки работы двигателя путем изменения частоты питающего напряжения и исследования характеристик параметров балансировки. Правильный выбор реактивного элемента улучшит характеристики однофазного асинхронного двигателя, чтобы конкурировать с трехфазным двигателем.

3) Этот метод можно использовать для двигателей различной мощности с любым подключением цепи статора.

5) Выражения для частоты балансировки, скольжения и емкостного сопротивления громоздки и имеют высокие порядки.

Балансировка изменением емкости конденсатора при постоянной частоте является наиболее экономичной, особенно если она осуществляется электронным способом, но этот метод не является справедливым, так как скольжение далеко от номинального значения.

Для надежной балансировки, помимо фазосдвигающего конденсатора, в цепь статора необходимо ввести реактивный элемент. Этот метод уменьшит выделение тепла в двигателе в установившемся режиме работы для всего диапазона регулирования скорости. Таким образом, преимущества этого метода заключаются в улучшении коэффициента мощности, экономии энергии и устранении необходимости в дополнительных ответвлениях обмотки для изменения скорости.

Posted inДвигатель