Пусковой момент асинхронного двигателя: расчет и способы увеличения

Переход двигателя из покоя в рабочее состояние называют пусковым моментом асинхронного электродвигателя. При этом подразумевается, что на обмотки двигателя подано номинальное напряжение стандартной частоты. Этот временной промежуток называют «моментом трогания», «начальным моментом» или «начальный пусковой момент асинхронного двигателя». При этом электродвигатель потребляет максимальное количество электроэнергии. Она расходуется на преодоление тормозного момента вала, потерь в двигателе для придания вращательного момента механизмам. В этой статье мы расскажем читателям сайта Сам Электрик, как рассчитывается пусковой момент электродвигателя и как его можно увеличить.

• Расчет пускового момента
• Методы увеличения М_пуск
• Схемы включения асинхронного двигателя
• Способы снижения пусковых токов АД

Расчет пускового момента

Пусковой момент, который зависит от номинального усилия на валу и кратности пускового момента, можно вычислить по формуле:

М_пуск=М_н*К_пуск. ,

где:

• М_н — номинальное усилие на валу электродвигателя;
• К_пуск.— кратность пусков, паспортная величина, которая принимает значения от 1,5 до 6.

На практике применяют другую формулу:

М_пуск=9,55*Р₂* 1000/F1,

Необходимые данные указываются на шильдике двигателя или в паспорте, где F1 — номинальные обороты.

Р₂ равна номинальной мощности в кВт, является расчетной величиной.

Для того, чтобы узнать значение Р₂, следует воспользоваться формулой, в которой учитываются пусковой ток, напряжение сети, скольжение. Эти данные можно узнать в паспорте, справочнике или на сайте завода-изготовителя.

Р₂=(1,732*U*I_пуск)/S₁*1000.

Методы увеличения М

_пуск

Из формулы видно, от чего зависит пусковой момент асинхронного двигателя и как увеличить его, изменяя параметры. Он зависит от мощности трехфазного двигателя и величины скольжения.

Мощность определяется по формуле, корень из 3 умноженный на напряжение и ток. Скольжение изменяет свое значение в зависимости от оборотов вала механизма. При оборотах двигателя равных нулю, скольжение принимает значение равное 1.

При разгоне электродвигателя оно уменьшается и стремится к нулю при достижении номинальных оборотов ротора. Для того чтобы увеличить пусковой момент, достаточно увеличить пусковой ток или питающее напряжение. Величину скольжения изменить нельзя.

Для примера приведем расчет пускового момента, используя паспортные данные некоторых двигателей. Результат сведен в нижеприведенную таблицу:

При этом следует помнить, что использование электродвигателя в механизмах с пусковым моментом, превышающим усилие двигателя на валу – недопустимо. В этом случае электродвигатель не сможет преодолеть потери в двигателе и тормозной момент механизма. Он просто выйдет из строя. Т.е. усилие электродвигателя недостаточно для нормальной работы устройства.

Схемы включения асинхронного двигателя

Для уменьшения воздействия пусковых токов применяются различные схемы включения. Это зависит от механизма и мощности электродвигателя.

Типовое включение двигателя осуществляется напрямую. Напряжение на обмотки подается через магнитный пускатель.

Во время пуска в сети возникает бросок тока, который превышает номинальный в 5-7 раз. Длительность зависит от мощности электродвигателя и нагрузки на валу. Чем мощнее устройство, тем длительнее период разгона.

В результате возникает понижение напряжения в сети, что отрицательно сказывается на аппаратуре, подключенной к этой цепи. Маломощные не оказывают существенного влияния на сети.

На графике снизу представлена зависимость тока от времени разгона электродвигателя:

При запуске мощного электропривода 10 и более кВт следует ограничивать пусковой ток. Это необходимо, чтобы сети не испытывали значительные перегрузки, в результате, которой происходит понижение напряжения сети, что приводит к нештатной ситуации.

Для этого применяются схемы переключения с треугольника на звезду, используются токоограничивающие устройства или частотные преобразователи.

Способы снижения пусковых токов АД

Уменьшить пусковые токи асинхронного двигателя можно несколькими способами. Перечислим их по порядку.

Наиболее распространенным методом, является запуск двигателя при пониженном напряжении. Для чего коммутируют обмотки асинхронного двигателя. В начальный момент пуска, обмотки переключают с треугольника на звезду. После набора оборотов коммутацию возвращают в первоначальное положение. При этом следует учитывать, что пусковой момент при таком запуске уменьшается. Например, при снижении напряжения в 1,72 (корень квадратный из 3) раза, момент уменьшится в три раза. Такой метод применяется при запуске механизмов с минимальной нагрузкой на валу, где установлены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.

Так же ограничение токов во время запуска двигателя осуществляют включением последовательно с обмотками статора индукционных сопротивлений. В некоторых случаях для этих целей используются резисторы. После выхода двигателя на оптимальные режимы, резисторы шунтируются.

На рисунке снизу показаны варианты запуска при пониженном напряжении:

Пуск при пониженном напряжении

При уменьшении нагрузки на валу можно регулировать пусковые токи. В первоначальный промежуток времени подключается часть нагрузки. После достижения оптимальных оборотов, подается полная нагрузка.

Для мощных устройств применяют реостатный запуск. Такой пуск используют для приводов укомплектованных асинхронными электродвигателями с фазным ротором. Регулировка производится ступенчато, т.е. резисторы отключаются постепенно с набором скорости вращения. Таким образом обеспечивается плавный пуск.

На рисунке снизу представлена принципиальная схема запуска:

График токов при прямом и плавном пуске электропривода:

Наиболее щадящий запуск механизмов обеспечивает пуск с помощью частотного преобразователя. В этом случае частотный преобразователь самостоятельно выбирает оптимальные режимы. При этом можно увеличить пусковой момент, не повышая нагрузку на сети. Использование частотного преобразователя полностью исключаются нежелательные броски тока в сети.

Вот и были рассмотрены способы увеличения пускового момента асинхронного двигателя, а также правильный его расчет. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Несколько способов пуска асинхронного двигателя

Поделиться:

05.05.2010

Существуют различные способы пуска асинхронного двигателя. Непосредственное подключение агрегата к сети – это прямой пуск асинхронного двигателя, который применим для моторов с короткозамкнутым ротором. При проектировании подобных устройств специалисты разрабатывают конструктивное решение, при котором пусковые токи, возникающие в обмотке статора, не провоцируют большое механическое усилие и не перегревают обмотку.

В связи с этим прямой пуск асинхронного двигателя высокой мощности невозможен, поскольку он приводит падению напряжения (больше 15%) в сети. Это, в свою очередь, ведет к неустойчивой работе пусковой аппаратуры, провоцирует подгорание контактов и, как результат – пуск асинхронного двигателя становится невозможен.

Для снижения пускового тока пуск асинхронного двигателя производится при пониженном напряжении.

Пуск асинхронного двигателя, который работает при соединении обмотки статора треугольником и фазное напряжение соответствует напряжению сети, производится путем переключения обмотки статора со звезды на треугольник.

В момент подключения переключатель устанавливается в положение, когда обмотка статора соединена звездой. Это приводит к уменьшению фазного напряжения на статоре и тока в фазных обмотках мотора.

В положении «звезда» фазный ток равен линейному, тогда как в положении «треугольник» он ниже линейного. Таким образом, при включении, когда ротор наберет скорость близкую к номинальной, переключатель переводят в положение треугольник. Возникающий перепад тока, как правило, невелик и не оказывает воздействия на работу сети питания.

Поскольку снижение фазного напряжения приводит к существенному уменьшению пускового момента, это является серьезным недостатком.

Пуск асинхронного двигателя может производиться при помощи автотрансформаторов и реакторов. Как и прочие способы пуска асинхронного двигателя, он основан на уменьшении подводимого напряжения и характеризуется снижением пускового момента.

Схема пуска асинхронного двигателя разрабатывается таким образом, чтобы создавать при небольшом токе большой пусковой момент. В отличие от прямого подключения специальное устройство пуска асинхронного двигателя обеспечивает постепенный разгон и торможение двигателя, что достигается благодаря подаче линейно изменяющегося напряжения от начального до номинального значения.

Устройство плавного пуска асинхронного двигателя в высокой степени снижает вероятность механического повреждения привода и вала электродвигателя, уменьшает электромеханические усилия в обмотках мотора. Сочетает функциональность и высокую надежность, простоту в настройках и эксплуатации.

Узнайте больше у специалистов МИГ Электро заполнив форму ниже.

Поделиться:

Просмотров 5667

Электрические асинхронные двигатели — Крутящий момент в зависимости от скорости

Крутящий момент представляет собой вращающую силу по радиусу — с единицами Нм в системе СИ и единицами фунт-фут в имперской системе.

Крутящий момент, развиваемый асинхронным двигателем, изменяется, когда двигатель разгоняется от нуля до максимальной рабочей скорости.

Заблокированный ротор или пусковой крутящий момент

Блокированный крутящий момент ротора или Пусковой крутящий момент — это крутящий момент, развиваемый электродвигателем при пуске на нулевой скорости.

Высокий пусковой крутящий момент более важен для применения или машин, которые трудно запустить, таких как объемные насосы, краны и т. д. Более низкий пусковой крутящий момент может быть принят для центробежных вентиляторов или насосов, где пусковая нагрузка мала или близка к нулю.

Тяговый крутящий момент

Тяговой крутящий момент — это минимальный крутящий момент, развиваемый электродвигателем при работе от нуля до полной нагрузки (до того, как он достигает точки пускового момента).

Когда двигатель запускается и начинает ускоряться, крутящий момент в целом будет уменьшаться, пока не достигнет нижней точки на определенной скорости — подтягивающий крутящий момент — до того, как крутящий момент увеличится, пока не достигнет максимального крутящего момента на более высокой скорости — пробивной момент — точка.

Подтягивающий момент может иметь решающее значение для приложений, которым требуется мощность для преодоления некоторых временных барьеров для достижения рабочих условий.

Разрушающий крутящий момент

Разбивной крутящий момент — это самый высокий крутящий момент, доступный до того, как крутящий момент уменьшится, когда машина продолжает разгоняться до рабочих условий.

Крутящий момент при полной нагрузке (номинальный) или тормозной момент

Крутящий момент при полной нагрузке — это крутящий момент, необходимый для создания номинальной мощности электродвигателя на скорости с полной нагрузкой.

В британских единицах крутящий момент при полной нагрузке может быть выражен как

T = 5252 P _л.с.0059

where

T = full load torque (lb ft)

P _hp = rated horsepower

n _r = rated rotational speed (rev/ Мин, об / мин)

в метрических единицах. Крутящий момент с номинальным моментом может быть выражен как

T = 9550 P _{KW. 0059}

T = Крутящий момент с номиналом (NM)

P _KW = номинальная мощность (KW)

N _R = RETATED SPEED -MOTOR Torque

The torque of a 60 hp motor rotating at 1725 rpm can be calculated as:

T _fl = 5252  (60 hp) / (1725 rpm)

    = 182,7 фунт-фут

Конструкция NEMA

NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) классифицирует электродвигатели по четырем различным конструкциям, для которых важными критериями являются крутящий момент и инерция пусковой нагрузки.

• IEC — Стандартные крутящие моменты NEMA

Ускоряющий крутящий момент

Ускоряющий крутящий момент = Доступный крутящий момент двигателя — Нагрузочный крутящий момент Крутящий момент или пусковой крутящий момент, и они распространены в приложениях, которые трудно запустить или с которыми нужно обращаться осторожно, например, объемные насосы, краны, лифты и т. п.

Различные способы улучшения пускового момента асинхронных двигателей переменного тока

Пусковой момент асинхронного двигателя переменного тока очень мал по сравнению с пусковым моментом двигателя постоянного тока. Также при разгоне асинхронный двигатель производит пульсации крутящего момента. В результате в машине возникает шум и вибрация во время запуска мотора. Асинхронный двигатель должен соответствовать пусковому моменту приводимого оборудования, чтобы обеспечить плавный пуск. Поэтому нам необходимо найти способы улучшить пусковой момент асинхронных двигателей переменного тока. В следующем разделе мы изучим, как улучшить пусковой момент асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель потребляет большой пусковой ток, но создает очень низкий пусковой крутящий момент, примерно в 1,5–2,5 раза превышающий пусковой крутящий момент. Причиной низкого пускового момента является низкий коэффициент мощности цепи ротора. В начале индуктивность ротора очень высока по сравнению с сопротивлением ротора. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором потребляет ток, в 5-7 раз превышающий ток его полной нагрузки.

Асинхронный двигатель и трансформатор работают по закону электромагнитной индукции Фарадея. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором похож на трансформатор с коротким замыканием вторичной обмотки. По этой причине асинхронный двигатель также называют вращающимся трансформатором. Поэтому асинхронный двигатель потребляет большой ток при пуске.

Не рекомендуется запускать асинхронный двигатель большой мощности непосредственно при полном сетевом напряжении. Это вызывает большое падение напряжения в вышестоящей сети электропитания и влияет на другие двигатели и электрическое оборудование, подключенное к электрической системе.

Существует несколько методов улучшения пускового момента асинхронного двигателя. Но для этого нужен подбор определенных параметров на этапе проектирования двигателя. Лучшее соотношение между пусковым крутящим моментом и эффективностью двигателя необходимо для оптимальной конструкции двигателя.

Существует четыре способа улучшить пусковой момент асинхронного двигателя.

Существует четыре способа улучшить пусковой момент асинхронного двигателя.

1. Внутреннее сопротивление ротора
2. Внешнее сопротивление ротора
3. Конструкция ротора с двойной клеткой
4. Переменное напряжение и переменная частота

1. Внутреннее сопротивление ротора

Пусковой и рабочий крутящий момент асинхронного двигателя зависят от сопротивления ротора. Более высокое сопротивление ротора приводит к улучшению коэффициента мощности.

Из приведенного выше видно, что пусковой момент увеличивается с увеличением сопротивления ротора. Однако потери в меди ротора (I ² R) увеличиваются, и, следовательно, КПД двигателя снижается.

2. Внешнее сопротивление ротора для улучшения пускового момента

Асинхронный двигатель с контактными кольцами имеет возможность добавления внешней цепи к цепи ротора. Полное значение сопротивления поступает в цепь ротора в момент пуска, и постепенно сопротивление автоматически отключается. при достижении полных оборотов происходит короткое замыкание обмотки ротора.

3. Ротор с двойной клеткой для улучшения пускового момента

Ротор с двойной клеткой имеет две клетки. Наружная клетка имеет высокое сопротивление, а внутренняя клетка имеет низкое сопротивление. Сопротивление внешней клетки примерно в 5 раз превышает сопротивление внутренней клетки.

Ток ротора протекает через внешнюю обойму при запуске двигателя, и двигатель создает высокий пусковой момент. Когда двигатель достигает полной скорости, большая часть тока ротора протекает через внутреннюю клетку. Поэтому асинхронный двигатель с двойной клеткой с глубоким стержнем создает больший пусковой крутящий момент.

4. Регулятор напряжения/частоты

Преобразователь частоты (ЧРП) может управлять крутящим моментом асинхронного двигателя. Крутящий момент зависит от потока в воздушном зазоре двигателя.