Асинхронный двигатель как определить число пар полюсов

Как определить скольжение асинхронного двигателя в процессе наладки и эксплуатации

Если частота вращения электродвигателя значительно отличается от синхронной, ее измеряют тахометром или тахогенератором, который присоединяется непосредственно на валу электродвигателя, а скольжение двигателя определяют по формуле S = (n1 — n2) / n1 , где n1 = 60f /p – синхронная частота вращения; n2 – фактическая частота вращения.

Преимущества этого способа определения скольжения электродвигателя: быстрота измерений и возможность производить их как при неизменной, так и при изменяющейся частоте вращения. К недостаткам такого способа измерения можно отнести невысокую точность обычных тахометров (погрешность 1–8 %) и трудность их градуирования. Кроме того, тахометр не может применяться при испытании электродвигателей малой мощности, так как потери на трение внутри механизма тахометра представляют заметную нагрузку.

Для выполнения различных измерений ручной тахометр обычно снабжается комплектом сменных наконечников различной формы и назначения, надеваемых на конец валика (рис. 1). Из этих наконечников наиболее широко применяется резиновый конус, оправленный в металлический патрон. Все эти наконечники служат для соприкосновения с коническим углублением в торце вала электрической машины. Наконечник с резиновым центром используют при измерении больших частот, со стальным — для малых и средних.

При наличии углубления по центру вала применяется удлинитель, который надевается на вал тахометра, а соответствующий наконечник – на удлинитель. При отсутствии или недостаточности центров пользуются шкивом, который прижимается боковой поверхностью (резиновым кольцом) к поверхности вращающегося вала.

В соответствии с конкретными условиями измерения выбирают приспособление (удлинитель наконечник). Перед началом измерения удаляют смазку, грязь, пыль из центра углубления или поверхности вала.

Для измерения частоты вращения электродвигателя следует предварительно установить на тахометре необходимый предел измерения. Если порядок измерения частоты неизвестен, то измерение следует начинать с самого высокого предела во избежание порчи тахометра.

Измерение следует производить кратковременно (3 – 5 с), осторожно прижимая наконечник тахометра к вращающемуся валу с небольшим нажимом так, чтобы ось вала тахометра совпадала с осью измеряемого вала или при пользовании шкивом была параллельной ей.

Если скольжение не превышает 5 %, частота вращения может быть измерена стробоскопическим методом с применением неоновой лампы.

На торце вала двигателя мелом наносят диаметральную черту. Во время работы двигателя ее освещают неоновой лампой, питаемой от сети той же частоты, что и двигатель. Наблюдатель видит на торце вала не черту, а звезду, медленно вращающуюся против направления вращения вала. Количество лучей звезды зависит от числа пар полюсов двигателя и от положения неоновой лампы. Если свет от обоих электродов лампы падает на торец вала, число лучей кажущейся звезды равно 2р. Если же торец вала с нанесенной меловой чертой освещается только одним электродом, число лучей кажущейся звезды равно числу пар полюсов.

За время t (обычно 30 с), измеряемое секундомером, подсчитывается количество лучей кажущейся звезды m, прошедших через вертикальное положение. Поскольку число лучей кажущейся звезды равно 2р, скольжение

где f1 – частота сети, питающей неоновую лампу.

Другой вариант стробоскопического метода заключается в следующем. На валу двигателя с торцовой стороны укрепляют один из дисков (рис. 2 ). Собирают схему (рис. 3 ). У двухполюсной машины на валу закрепляют диск, обозначенный как 2р = 2, и освещают его неоновой лампой с пятачковым электродом.

Рис. 2 . Изображение стробоскопических дисков в зависимости от количества пар полюсов асинхронного электродвигателя

Рис. 3 . Схема включения неоновой лампы для стробоскопического метода определения скольжения:1 – неоновая лампа, 2 – стробоскопический диск, 3 – индукционная катушка

Ротор вращается несинхронно и отстает от поля, так что виден диск, медленно вращающийся в сторону, противоположную вращению ротора. Если за время t мимо неподвижной точки (стрелки, укрепленной на подшипнике) проходит m черных секторов, значение скольжения определяется по выражению

Счет проходящих мимо неподвижной точки секторов следует начинать не с момента пуска секундомера, а со следующего прохождения метки.

Для получения резкости изображения на лампу следует подавать напряжение, кривая изменения которого показана на рис. 4 . Лампа зажигается в тот момент, когда напряжение на ее зажимах достигает значения, называемого порогом зажигания.

Читать еще:  Что такое вап двигатель

Рис. 4 . Схема включение неоновой лампы для получения острой формы кривой напряжения: 1 – неоновая лампа; 2 – реактивная катушка с сильно насыщенным магнитопроводом с индуктивным сопротивлением Х (падения напряжения на сопротивлениях R и Х примерно одинаковы)

Определение скольжения двигателя с помощью индукционной катушки. Этот метод основан на контроле частоты вращения потоков рассеивания ротора Фр (рис. 5 ), которые с частотой, пропорциональной скольжению, пересекают витки индукционной катушки.

Рис. 5. Схема измерения скольжения ротора асинхронного электродвигателя с помощью индукционной катушки

К выводам катушки подключают чувствительный милливольтметр (желательно с нулем посредине шкалы); катушку располагают у конца вала ротора. Поворачивая катушку в разные стороны, находят положение, при котором наблюдаются максимальные колебания стрелки прибора. По числу полных колебаний k за время t рассчитывают значение скольжения

Для расчета удобно отсчитать 50 полных колебаний и по секундомеру отметить время. Тогда: .

В качестве индукционной катушки можно использовать катушку реле или контактора постоянного тока, имеющую 10–20 тыс. витков (или намотать катушку с числом витков не менее 3000). Для усиления магнитного потока в катушку вставляют сердечник, набираемый из нескольких полос трансформаторной стали. Метод индукционной катушки весьма прост и пригоден для всех видов машин.

У асинхронных электродвигателей с фазным ротором помимо описанных выше способов скольжение может быть определено с помощью магнитоэлектрического амперметра, включаемого в одну из фаз ротора, а при наличии невыключаемого сопротивления в цепи ротора — с помощью вольтметра, присоединенного к кольцам ротора. Рекомендуется применять приборы с двусторонней шкалой. Скольжение асинхронного электродвигателя рассчитывается по числу полных колебаний стрелки прибора, так же как при использовании метода с индукционной катушкой.

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

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Все о частотных преобразователях

Частотные преобразователи — это устройства для плавного изменения частоты вращения синхронных и асинхронных двигателей посредством изменения частоты питающего тока.

В современной технике благодаря простоте конструкции и обслуживания, небольшим габаритам, высокой надёжности, и низкой стоимости огромное распространение получили именно асинхронные электродвигатели.

При работе различных устройств, в качестве привода которых применяются асинхронные электродвигатели, часто возникает необходимость в регулировании их скорости вращения.

Исходя из формулы n = (1 — S)60f/p где n — скорость вращения ротора, S — скольжение, f — частота питающей сети, p — количество пар полюсов.

Существует три способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:

  • — изменение скольжения. Этот способ используется в двигателях с фазным ротором. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. При использовании этого способа можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Однако этот способ имеет, и ряд недостатков, основным из которых является большие потери на регулировочном реостате (нагрев) т.е. снижение КПД. Как следствие этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.
  • — изменение числа пар полюсов. Этот способ предполагает использование специальных двигателей (многоскоростных) имеющих более сложную обмотку статора, позволяющую изменять число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. Недостатком этого метода является ступенчатое регулирование (3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин – 1,2,3,4,5 обмотки с 1,2,3,4,5 парами полюсов соответственно), большая стоимость и громоздкость двигателя.
  • — изменение частоты питающего тока (напряжения). На практике этот метод, в общем случае (самый простой), предполагает вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения таким образом, что бы отношение U/f было постоянно. Это (изменение входного напряжения) делается для сохранения перегрузочной способности двигателя с изменением частоты сети.

В приводах центробежных насосов и вентиляторов, которые являются типичными представителями переменной механической нагрузки (момент нагрузки возрастает с увеличением скорости вращения) используется функция напряжения к квадрату частоты U/f 2 = сonst.

Читать еще:  Чего боится бензиновый двигатель

В более совершенных частотных регуляторах для управления скоростью вращения и электромагнитным моментом двигателя независимо, используется так называемое векторное управление. При этом виде управления необходимо управлять амплитудой и фазой статорного тока (т.е. вектором) в зависимости от положения ротора относительно обмотки статора в каждый момент времени.

Применение частотных регуляторов. Зачем нужен частотный регулятор?
Асинхронные двигатели имеют ряд недостатков (сложность регулирования скорости вращения, большие пусковые токи, относительно малый пусковой момент). Однако благодаря своей простоте, надежности и дешевизне получили огромное распространение в промышленности и быту. Применение же частотных регуляторов «устраняет» недостатки асинхронных двигателей и кроме этого позволяет избежать установки различного дополнительного оборудования, уменьшить потери в технологическом процессе, увеличить КПД самого двигателя, уменьшить износ, как самого двигателя, так и оборудования использующегося в данном технологическом процессе.

Рассмотрим более детально применение частотных регуляторов на примере насосного оборудования. Потери в технологической системе зависят от нагрузки создаваемой потребителями (на неё мы влиять не можем) и гидравлическим сопротивлением элементов этой системы. Так поддержание давления у потребителей на постоянном уровне при изменяющейся нагрузке, возможно только при использовании дополнительного оборудования (различных регуляторов давления, мембранных баков, дроссельных задвижек). Использование этого оборудования создает дополнительное гидравлическое сопротивление и как следствие снижает КПД системы в целом. При использовании частотного регулятора двигатель сам регулирует давление в сети посредством изменения частоты вращения. Кроме того при снижении технологической нагрузки уменьшая частоту вращения насоса, КПД самого насоса тоже возрастает. Таким образом достигается как бы двойной эффект увеличивается КПД системы в целом, за счёт исключения из системы лишнего гидравлического сопротивления и увеличение КПД самого насоса как агрегата.

Применение частотного регулятора также значительно снижает эксплуатационные затраты связанные с износом оборудования. Плавное регулирование вращения (и плавный пуск) практически полностью позволяют избежать как гидравлических ударов, так и скачков напряжения в электросети (особенно актуально в системах, где предусмотрен частый пуск/остановка насоса).

Элементы теории вентильного привода

Определение вентильного двигателя

Обозначение в зарубежной литературе

Конструкция

Статор

Ротор

В зависимости от количества магнитов, расположенных в поперечном сечении ротора двигатель будет иметь то или иное количество полюсов.

В погружных вентильных электродвигателях используемых в нефтяной отрасли ротор содержит постоянные магниты. Как правило погружные ВД выпускаются 8-ми и 4-х полюсными.

При одной и той же частоте вращения электромагнитного поля статора, частота вращения вентильного электродвигателя с большим количеством пар полюсов будет меньше. Так, если скорость вращения 8-ми полюсного электродвигателя 1500 об/мин, то 4-х полюсный при той же частоте поля будет вращаться с частотой 3000 об/мин.

Принцип работы

Принцип работы вентильного электродвигателя

Здесь, одно из ключевых отличий вентильного (синхронного) и асинхронного двигателей.

Принцип работы асинхронного электродвигателя

Его ротор представляет собой обмотку с короткозамкнутыми витками , по виду напоминающую беличью клетку прутья которой — стержни с торцов соединенные кольцами.

Вращающееся электромагнитное поле статора наводит в роторе ЭДС, в стержнях ротора начинает течь ток, в результате чего возникает магнитное поле, которое и заставляет вращаться ротор вслед за магнитным полем, создаваемым статором. Именно то, что поле статора движется относительно ротора является условием возникновения электромагнитного поля в роторе. Если ротор заставить вращаться с той же скоростью, что и магнитное поле, создаваемое статором, то ЭДС в роторе наводится не будет! Таким образом скорость вращения ротора асинхронного двигателя всегда меньше скорости вращения поля.

Синхронный же двигатель не требует возбуждения ЭДС ротора от магнитного поля, создаваемого статором, магнитное поле здесь уже присутствует без его участия. Поэтому ротор синхронного электродвигателе вращается строго с частотой поля, создаваемого обмотками статора. Если установить частоту вращения синхронного двигателя равной 3000 об/мин, то это значит, что и магнитное поле двигателя, создаваемого обмотками статора равна 3000 об/мин. Частота вращения асинхронного двигателя в тех же условиях будет 2910 об/мин.

Система управления вентильным электродвигателем

Инвертором в данном случае называют электронную систему, осуществляющую подачу напряжения, частота которого не зависит от частоты питающего напряжения на обмотки электродвигателя.

Читать еще:  Что предназначен забойный двигатель

Инвертором оснащаются не только синхронные (вентильные) электродвигатели, но асинхронные — там где требуется регулирование частоты вращения.

Существуют два основных подхода (принципа) в управлении вентильными электродвигателями:

  • 1. Управления коммутацией (6-ти пульсное управление);
  • 2. Векторное управление.

Управление коммутацией

И еще раз обратим ваше внимание! Не частота вращения ротора изменяется от частоты вращения поля, а поле подстраивается под частоту вращения ротора. Инвертор регулирует частоту вращения ротора изменяя ток и/или напряжение коммутируемое к обмоткам.

Определение положения ротора

Для определения положения ротора существуют различные методы:

  • при помощи датчиков (например датчика Холла);
  • бездатчиковый.

В погружных вентильных электродвигателях используется бездатчиковый метод определения положения ротора, т.к. применение датчиков в данном случае невозможно в силу специфики эксплуатации.

В бездатчиковом методе при вращении двигателя определение положение ротора осуществляется по значению ЭДС, наводимой в свободной фазе (к которой в данной момент не подводится питающее напряжение) обмотки статора. При движении ротора ЭДС в свободной фазе меняется и переход ее через 0 является «отметкой» положения ротора.

При таком методе управления в обмотках статора течет ток по форме близкий к трапецеидальному.

Данный способ управления характеризует простота и надежность, что позволяет управлять вентильным электродвигателем не только на коротких расстояниях, но и на длинных линиях — сотни метров и даже километры, что актуально для нефтяного погружного оборудования.

Векторное управление

Метод позволяет очень точно управлять электродвигателем. Метод наиболее ресурсоемкий в плане математических вычислений, однако развитие микропроцессорной техники позволяет компенсировать это. Применение его на коротких линиях очень эффективно, однако использование на длинных линиях ставит перед разработчиками множество преград, решение которых — нетривиальная задача.

Оценка частоты вращения ротора вспомогательных асинхронных двигателей методом сигнатурного анализа тока статора

Внедрение: 2015 г.

В одноимённой статье [1] приводится метод оценки угловой скорости вращения ротора асинхронного двигателя, использующий особые спектральные компоненты тока статора, порождаемые конструкцией двигателя (числом пар полюсов двигателя, числом пазов укладки обмоток ротора и другими характеристиками).

Автором на кафедре автоматики и систем управления ОмГПС была создана экспериментальная установка (рисунок 1), состоящая из асинхронного двигателя M2 АИРМ63В4У3 и генератора M1 постоянного тока, нагруженного на реостат R. Генератор и двигатель соединены гибкой муфтой.

Частота вращения ротора измеряется с помощью датчика Холла. Сигнал тока статора снимается с помощью токовых клещей Fluke i5s, установленных на одной из фаз асинхронного двигателя. Оцифровку преобразованного сигнала тока выполняет система сбора данных L-Card LTR-EU-2 с модулем АЦП LTR22. Частота дискретизации во всех опытах составляет 78,125 кГц. Спектр тока получен с помощью программного обеспечения LGraph2.

Рисунок 1. Схема опыта для оценки частоты вращения двигателя: R – реостат, ДО – датчик оборотов, ПК – персональный компьютер, АЦП – аналого-цифровой преобразователь.

На рисунке 2 приведен участок спектра тока статора в диапазоне расположения пазовых гармоник (порождённых количеством пазов двигателя).

Рисунок 2. Спектр тока статора при частоте вращения 1492,4 об/мин.

На рисунке 3 приведен спектр тока статора для этого случая. Как мы видим, пазовые гармоники сместились на 12,923 Гц влево, что соответствует новой скорости вращения двигателя.

Рисунок 3. Спектр тока статора при частоте вращения 1466,6 об/мин.

Базовый принцип оценки угловой скорости по спектру тока статора основан на вычислении особых частот, согласно методу сигнатурного анализа, описанному в статье [1].

Рассмотренная система измерения имеет следующие технические преимущества:

  1. Датчики тока могут устанавливаться в любом месте на линии питания двигателя без потери силы сигнала.
  2. Безопасность применения: так как нет физического контакта между токовым трансформатором и испытуемым двигателем, этот метод обеспечивает гальваническую развязку между ними;
  3. Отсутствие соединительных проводов, подходящих к двигателю, что исключает их порчу рабочим персоналом.
  4. Токовые трансформаторы часто уже установлены в системах управления, что позволяет использовать их для определения частоты вращения ротора двигателя без глубокой модернизации оборудования.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector