Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором холостой ход

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором холостой ход

Холостой ход электродвигателя

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Электродвигатель переходит в режим холостого хода, когда с его вала снимают рабочую нагрузку. В этом случае можно определить такие важные параметры функционирования устройства, как намагничивающий ток, мощность и коэффициент потерь в элементах конструкции привода. Но главное – в режиме холостого хода можно определить исправность устройства.

Так, электродвигатель на холостом ходу греться не должен. Но в некоторых случаях температура привода повышается – и это сигнализирует о неполадках, которые впоследствии могут проявить себя.

Параметры холостого хода электродвигателя

Как было сказано выше, холостой ход – это режим работы асинхронного электродвигателя, при котором на валу нет нагрузки. В этом случае устройство с точки зрения электротехники схоже с трансформатором. Но главное – оно потребляет меньше электроэнергии, что особенно важно для контроля правильности работы мотора.

В частности, ток холостого хода асинхронного электродвигателя в зависимости от мощности и частоты вращения составляет в среднем 20-90% от номинального. Существует таблица, в которой указаны данные значения.

Так, например, ток холостого хода электродвигателя на 5 кВт при частоте вращения в 1000 оборотов в минуту составляет 70% от номинального (см. рис. 2). При частоте вращения 3000 оборотов в минуту – всего 45% от номинального (см. рис. 3). Это важно учесть, так как если фактическая сила тока значительно расходится с расчётной, то это сигнализирует о неполадках.

Стоит отметить, что параметры работы двигателя обычно указаны в прилагаемой к нему документации или могут быть получены посредством расчётов.

Что делать, если греется электродвигатель на холостом ходу

Электродвигатель на холостом ходу греться не должен. Допускается лишь незначительное увеличение температуры, обусловленное естественными причинами – появление трения в подшипниках на валу ротора и сопротивление в обмотке. А вот заметный нагрев сигнализирует в первую очередь о неполадках в устройстве.

Чаще всего нагревается асинхронный электродвигатель на холостом ходу из-за межвиткового замыкания в обмотках. Это требует срочного ремонта. Ведь при повышении нагрузок межвитковое замыкание может привести к перегреву и выгоранию обмотки – и, как следствие, повреждению как самого ЭД, так и конструкции, в которую он установлен.

Ещё одна возможная причина нагрева ЭД в этом режиме – эксплуатация в нештатных условиях. Например, превышение напряжения. В этом случае необходимо срочно отключить питание двигателя, так как из-за перегрева может возникнуть межвитковое замыкание в обмотках или замыкание обмотки на корпус двигателя.

Реже нагрев ЭД наблюдается из-за затруднённого движения ротора. Стоит убедиться, что подшипники работают нормально, а между обмотками ротора и статора не попали загрязнения.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором холостой ход

Устройство относится к электромеханике.

Известно «Устройство для сварки» по патенту РФ №2032506, МПК B23K 9/00 от 10.04.95 г., — [1], состоящее из сварочного трансформатора, тиристорного регулятора в цепи его первичной обмотки и конденсатора, подключенного параллельно вторичной обмотке. Устройство обеспечивает низкое энергопотребление в режиме холостого хода за счет перевода устройства в импульсный режим работы, но применить такое схемное решение для асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой не представляется возможным из-за того, что у асинхронного двигателя вторичная обмотка (обмотка ротора) всегда замкнута, даже в режиме холостого хода.

Наиболее близким к предлагаемому является «Тиристорный преобразователь напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя» по патенту РФ №2115213, МПК Н02М 5/00 от 10.07.1998 г. — [2], состоящее из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и тиристорного регулятора в цепи обмотки статора. Недостатком указанного устройства является значительное энергопотребление в режиме холостого хода.

Предлагаемое устройство (см. фиг.1) состоит из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, тиристорного регулятора в цепи обмотки статора, трех дополнительных индуктивностей, включенных последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристорного регулятора и трех конденсаторов, подключенных параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что асинхронный двигатель с исключенным режимом холостого хода, состоящий из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, тиристорного регулятора в цепи обмотки статора, дополнительно включенных последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристорного регулятора трех индуктивностей и трех конденсаторов, включенных параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя, благодаря дополнительно включенным индуктивностям и конденсаторам в режиме холостого хода автоматически переходит в импульсный режим работы, чем обеспечивает снижение энергопотребления.

Заявляемое изобретение решает задачу снижения энергопотребления в режиме холостого хода путем автоматического перевода устройства в импульсный режим работы на холостом ходу.

При работе устройства в режиме пуска и работы под нагрузкой (нагрузку создает рабочий механизм) дополнительные индуктивности и емкости никак не сказываются. Устройство будет работать как при обычном тиристорном регулировании.

Читать еще:  Венто версо 150сс тюнинг двигателя

При переходе в режим холостого хода (рабочий механизм перестал создавать тормозной момент на валу двигателя) снижается потребляемый ток и начинает сказываться влияние дополнительных индуктивностей и емкостей на работу тиристоров. Схема управления тиристорами подает короткий импульс на управляющие электроды всех тиристоров одновременно. Открываются те из тиристоров, к которым приложено положительное напряжение. Сетевое напряжение прикладывается к обмоткам двигателя. При этом начинается заряд конденсаторов С через дополнительные индуктивности L. Как известно из теории переходных процессов (включение L-C цепи под напряжение), конденсатор в ходе переходного процесса заряжается до двойного мгновенного значения сетевого напряжения. С окончанием заряда ток, протекающий через тиристор, прекратится, и он закроется. Ток, потребляемый двигателем, при этом будет мал, поскольку двигатель работает без нагрузки и недостаточен для удержания тиристоров в открытом состоянии. После заряда конденсатора следует его разряд на обмотку двигателя. Причем напряжение на конденсаторе направлено встречно сетевому напряжению и превышает сетевое напряжение в 2 раза (из-за переходного процесса). Поэтому в течение значительного промежутка времени, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с сетевым напряжением, к тиристору будет приложено обратное напряжение, необходимое для надежного запирания тиристора.

Таким образом, в режиме холостого хода тиристоры будут открываться только на очень короткий промежуток времени и затем будут закрываться обратным выбросом напряжения. В результате на обмотках двигателя присутствуют лишь кратковременные импульсы напряжения длительностью

300 мкс, достаточные для поддержания вращения двигателя на холостом ходу. Двигатель продолжает вращаться, а электропотребление значительно снижается по сравнению с обычным режимом холостого хода.

При появлении нагрузки или замедлении вращения двигателя возрастает ток, потребляемый двигателем. Снижается сопротивление обмоток двигателя, шунтирующее конденсаторы. В результате этого снижается и напряжение заряда конденсатора. Напряжение на конденсаторе уже не может достичь уровня сетевого. Тиристоры не закроются. Устройство станет работать как при обычном тиристорном регулировании.

Заявляемое устройство для сварки отвечает требованию «новизна», так как имеет новые признаки:

1) три дополнительные индуктивности, включенные последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристоров;

2) три конденсатора, подключенные параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя.

Из существующего уровня техники и технической литературы известны асинхронные двигатели, с индуктивностью в цепи статора и с конденсаторами, подключенными параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя. Но именно применение такого сочетания признаков позволяет получить новое качество устройству — низкое энергопотребление на холостом ходу путем перехода в импульсный режим. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Технический результат заявляемого решения — автоматическое снижение энергопотребления при переходе в режим холостого хода путем автоматического перехода режима устройства в импульсный режим работы. Технический результат достигается тем, что в устройство добавляются три дополнительных индуктивности, включенных последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристоров и три конденсатора, подключенных параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя. Дополнительные индуктивности и емкости влияют на переходные процессы при включении тиристоров таким образом, что при малой нагрузке (малом токе потребления двигателем — в режиме холостого хода) выброс обратного напряжения при включении тиристора приводит к его запиранию и в результате — к работе устройства в импульсном режиме, что обеспечивает энергосбережение. При увеличении нагрузки на двигатель возрастает ток, снижаются амплитуда и длительность обратного выброса напряжения и тиристорный регулятор автоматически переходит в режим тиристорного регулирования.

Испытания проводились на лабораторной установке с асинхронным трехфазным двигателем 4А80 В4 УЗ с номинальной мощностью 1,5 кВт, номинальной скоростью вращения 1400 об/мин, номинальным напряжением 380 В. Антипараллельные тиристоры имели марку Т 142-80. Для управления тиристорами использовалась известная схема (Оборудование для дуговой сварки: справочное пособие / Под редакцией В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат.Ленинградское отделение, 1986. -656 с: ил.) — [3], стр.393-397. Обязательным требованием к схеме управления является кратковременность импульсов, запускающих тиристоры, что достигается применением импульсных трансформаторов, для формирования управляющих сигналов. Если это условие не будет выполнено, реализация импульсного режима будет невозможна. Дополнительные индуктивности представляли воздушные катушки, намотанные изолированным проводом. Индуктивность каждой катушки составила 0,1 Гн. Дополнительные конденсаторы С типа МБГЧ-1 имели емкость 4 мкФ, номинальное напряжение 500 В. В импульсном режиме амплитуда импульсов достигала 400 В, а длительность — 2 мС.

Уменьшение величины индуктивности L или емкости С может привести к тому, что параметров импульсов станет не достаточно для поддержания вращения на холостом ходу, это вызовет замедление вращения двигателя, рост потребляемого тока и, в результате, переход из импульсного режима в режим обычного тиристорного регулирования.

Потери холостого хода в импульсном режиме составили 15…25 Вт, вместо 60…80 Вт в обычном режиме холостого хода.

Проведенные испытания позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Читать еще:  Эмульсия в двигателе мотоцикла причины

1. Патент РФ №2032506, МПК B23K 9/00, «Устройство для сварки», авторы: Гуков В., Гуков С.В., бюл. №10 от 10.04.95 г.

2. Патент РФ №2115213, МПК Н02М 5/00 «Тиристорный преобразователь напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя», авторы: Гладышев С.П., Бакин А.А., Гладышев П.С., опубликовано 10.07.1998 г.

3. Оборудование для дуговой сварки: справочное пособие / Под редакцией В.В. Смирнова. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986. — 656 с.: ил.

Асинхронный двигатель с исключенным режимом холостого хода, состоящий из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, тиристорного регулятора в цепи обмотки статора, отличающийся тем, что в цепь каждой фазы статора последовательно после тиристорного регулятора дополнительно включены три индуктивности и параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя подключены три конденсатора, причем дополнительно включенные индуктивности и конденсаторы в режиме холостого хода автоматически переводят устройство в импульсный режим работы.

Основные характеристики асинхронных электродвигателей

1. Виды электродвигателей

Наибольшее распространение имеет трехфазный асинхронный электродвигатель. Электродвигатели постоянного тока и синхронные применяются редко.

Большинство электрифицированных машин нуждаются в приводе мощностью от 0,1 до 10 кВт, значительно меньшая часть — в приводе мощностью в несколько десятков кВт. Как правило, для привода рабочих машин используются короткозамкнутые трехфазные электродвигатели. По сравнению с фазным такой электродвигатель имеет более простую конструкцию, меньшую стоимость, большую надежность в эксплуатации и простоту в обслуживании, несколько более высокие эксплутационные показатели (коэффициент мощности и коэффициент полезного действия), а при автоматическом управлении требует простой аппаратуры. Недостаток короткозамкнутых электродвигателей — относительно большой пусковой ток. При соизмеримости мощностей трансформаторной подстанции и электродвигателя его пуск сопровождается заметным снижением напряжения сети, что усложняет как пуск самого двигателя, так и работу соседних токоприемников.

Наряду с трехфазными асинхронными короткозамкнутыми электродвигателями основного исполнения применяются также отдельные модификации этих двигателей: с повышенным скольжением, многоскоростные, с фазным ротором, с массивным ротором и т. д. Электродвигатели с фазным ротором применяют и в тех случаях, когда мощность питающей сети недостаточна для пуска двигателя с короткозамкнутым ротором.

Механические характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором в значительной мере зависят от формы и размеров пазов ротора, а также от способа выполнения роторной обмотки. По этим признакам

Рис. 1. Кривые моментов M = f(S) асинхронных электродвигателей

различают электродвигатели с нормальным ротором (нормальная беличья клетка), с глубоким пазом и с двумя клетками на роторе. Конструкция ротора короткозамкнутых асинхронных электродвигателей общего назначения мощностью свыше 500 Вт предопределяет явление вытеснения тока в обмотке, эквивалентно увеличению ее активного сопротивления. Поэтому, а также вследствие насыщения магнитных путей потоков рассеивания такие электродвигатели (в первую очередь обмотки ротора) обладают переменными параметрами и аналитические выражения их механических характеристик усложняются. Увеличение активного сопротивления ротора в период пуска вызывает увеличение начального пускового момента при некотором снижении силы начального пускового тока (рис. 1).

2. Основные характеристики электродвигателей

Номинальный режим электродвигателя соответствует данным, указанным на его щитке (паспорте). В этом режиме двигатель должен удовлетворять требованиям, установленным ГОСТом.

Существует восемь различных режимов работы, из них основными можно считать:

· продолжительный номинальный режим;

· кратковременный номинальный режим с длительностью рабочего периода 10, 30 и 90 мин;

· повторно-кратковременный номинальный режим с продолжительностью включения (ПВ) 15, 25, 40, 60%, с продолжительностью одного цикла не более 10 мин.

Номинальной мощностью Рн электродвигателя называется указанная на щитке полезная механическая мощность на валу при номинальном режиме работы. Номинальная мощность выражается в Вт или кВт.

Номинальная частота вращения nн вала электродвигателя называется указанное на щитке число оборотов в минуту, соответствующее номинальному режиму.

Номинальный момент вращения — момент, развиваемый двигателем на валу при номинальной мощности и номинальной частоте вращения:

Мн — номинальный момент вращения, Н·м (1 кгс·м = 9,81 Н·м ≈ 10 Н·м);

Рн — номинальная мощность, кВт;

nн — номинальная частота вращения, об/мин.

Номинальный к.п.д. hн электродвигателя — отношение его номинальной

мощности к мощности, потребляемой им из сети при номинальном напряжении:

Рн — номинальная мощность, кВт;

Uн — номинальное (линейное) напряжение, В;

Iн — номинальная сила тока, А;

cosφн — номинальный коэффициент мощности.

Номинальной силой тока электродвигателя называется сила тока, соответствующая номинальному режиму. Действительное значение силы тока при номинальном режиме может отличаться от указанного на щитке электродвигателя в пределах установленных допусков для к.п.д. и коэффициента мощности.

Максимальный вращающий момент электродвигателя — наибольший вращающий момент, развиваемый при рабочем соединении обмоток и постепенном повышении момента сопротивления на валу сверх номинального при условии, что напряжение на зажимах двигателя и частота переменного тока остаются неизменными и равными номинальным значениям.

Начальный пусковой вращающий момент электродвигателя — момент вращения его при неподвижном роторе, номинальных значениях напряжения и частоты переменного тока и рабочем соединении обмоток.

Читать еще:  Энергетические режимы работы асинхронного двигателя

Минимальным вращающим моментом электродвигателя в процессе пуска называется наименьший вращающий момент, развиваемый двигателем при рабочем соединении обмоток и частоте вращения в пределах от нуля до значения, соответствующего максимальному вращающему моменту (напряжение на зажимах двигателя и частота переменного тока должны оставаться неизменными и равными их номинальным значениям).

Номинальная частота вращения вала электродвигателя является следующим за мощностью параметром, от которого в значительной мере зависят конструктивное оформление, габариты, стоимость и экономичность работы электропривода. Наиболее приемлемыми в диапазоне мощностей от 0,6 до 100 кВт являются частоты вращения 3000, 1500 и 1000 об/мин (синхронные). Электродвигатели с частотой вращения 750 об/мин (восьмиполюсные) малых мощностей имеют низкие энергетические показатели. При одинаковой мощности электродвигатели с более высокой частотой вращения имеют более высокие значения к.п.д. и cosφ, а также меньшие размеры и массу, что определяет их меньшую стоимость.

Сила тока холостого хода I в значительной мере определяется силой намагничивающего тока I. приближенно можно считать I = I0P . Для машин

основного исполнения относительное значение силы тока холостого хода

I = (0,2—0,6)Iн (оно тем больше, чем меньше номинальная частота вращения и мощность электродвигателя). Зависимость тока холостого хода от частоты вращения электродвигателя приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Токи холостого хода для двигателей основного исполнения

Среднее значение токов холостого хода

(в долях от силы номинального тока) при синхронной частоте вращения, об/мин

Погружные электродвигатели

Погружные электродвигатели применяются в качестве привода для центробежных насосов для откачки пластовой жидкости из нефтяных скважин, с углом отклонения от вертикали в месте подвески не более 60°.

Компания ПК «РЭПН» имеет собственную конструкторско-технологическую базу для проектирования, изготовления и испытания опытных образцов, а также производственную базу для серийного изготовления погружных электродвигателей.

После сборки электродвигатель проходит испытания в условиях, приближенных к реальным, в том числе, с нагревом до рабочих температур. Испытаниям подвергается 100% двигателей.

  • По температурной стойкости: обычное (до 200 гр.) или теплостойкое (Т) (до 220гр.);
  • По коррозионной стойкости: обычное или коррозионностойкое (К), с газопламенным покрытием нержавеющим порошком;
  • По конструкции: обычное или для двусторонних установок (при эксплуатации скважин методом ОРЭ);
  • По направлению рабочего вращения вала: правое (по часовой стрелке) или левое (против часовой стрелки);
  • По типу шлицевого исполнения вала: прямобочное или эвольвентное соединение;

По требованию заказчика двигатель может быть оснащен системой телеметрии различных исполнений и комплектаций.

Это трехфазный маслонаполненныйс короткозамкнутым ротором двухполюсный двигатель вертикальногоисполнения. Скорость вращения двигателя составляет 3000 об./мин при частоте питания 50Гц. Двигатели наполнены диэлектрическим маслом, которое обеспечивает смазку подшипников и теплопроводность.

В настоящее время ОО ПК «РЭПН» производит широкую линейку асинхронных электродвигателей габаритов 103 и 117мм. В диапазоне мощностей – от 16 до 300 кВт. Разработана и выпускается линейка энергоэффективных двигателей с повышенным напряжением обмотки статора (высоковольтное исполнение).

Разнообразие номенклатуры позволяет подобрать наиболее оптимальное сочетание двигателя и насоса для обеспечения работы установки с максимально возможным КПД.

  • Радиальные подшипники снабжены стопорным устройством от проворота в корпусе;
  • Листы статора выполнены с закрытым пазом;
  • Все выпускаемые электродвигатели имеют соединение фаз статора в звезду с выведенным нулевым проводом (для подключения ТМС);
  • Колодка кабельного ввода изготавливается из высокотемпературной пластмассы;
  • Пропитка статора осуществляется вакуумным способом высокотемпературным лаком или компаундом;
  • Двигатель снабжен мелкодисперсным масляным фильтром;
  • Изготавливаются в одно/двух/трех- секционной компоновке.

Продукция имеет унифицированные присоединительные размеры. Выпускаемые двигатели обладают высокой ремонтопригодностью.

Новым поколением ПЭД являются синхронные (вентильные) электродвигатели, обладающие лучшими энергетическими характеристиками по сравнению с асинхронными.

Погружной маслонаполненный вентильный электродвигатель серии ДВР имеет постоянные магниты на роторе и специальную схему подачи питающего напряжения на обмотку статора, что обеспечивает увеличение КПД двигателя, по сравнению с асинхронным, до 10%. Вентильный двигатель имеет существенно меньший потребляемый ток и ток холостого хода, более высокий коэффициент мощности. Существенно меньшее энергопотребление при одной и той же развиваемой мощности и отсутствие потерь в роторе обеспечивают благоприятный тепловой режим работы электродвигателя. Помимо улучшенных электротехнических параметров, имеет следующие преимущества:

  • Увеличение межремонтного периода и упрощенный вывод на режим установки за счет регулирования частоты вращения и контроля параметров эксплуатации насоса;
  • Упрощение технологического регламента вывода скважин на режим.

Вентильный электродвигатель может применяться там, где применение асинхронного ПЭД затруднительно:

  • При глубоком регулировании частоты вращения электродвигателя (от 500 до 6000 об./мин);
  • При цикличном режиме работы установки (с частыми пусками и остановками);
  • В скважинах со сложными условиями эксплуатации: вязкой нефтью, повышенным содержанием механических примесей, нестабильной подачей;

В сильно искривленных и горизонтальных скважинах, за счет меньшей длины установки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector