У вас есть конкретный запрос и нужна помощь? Просто отправьте нам сообщение со своими вопросами.
К этой группе асинхронных машин относятся электрические машины, принцип работы которых основан на наличии вращающегося магнитного поля в воздушном зазоре между статором и ротором. Наиболее важной и широко используемой машиной в этой группе является асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором. Он отличается следующими особенностями:
В области приводная техника обычно используются следующие электродвигатели:
Поскольку двигатели переменного тока с преобразователями частоты обеспечивают более качественное, простое и не требующее большого технического обслуживания регулирование скорости, двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока с контактными кольцами теряют свою актуальность. Другие типы асинхронных двигателей переменного тока имеют лишь второстепенное значение в приводостроении. В связи с этим они не будут подробно рассматриваться в данной статье.
Если объединить электродвигатель, например двигатель переменного тока, с редуктор , получается мотор-редуктор. Независимо от принципа работы электродвигателя, способ его монтажа к редуктору приобретает особое значение с точки зрения механической конструкции двигателя. Компания SEW-EURODRIVE использует для этих целей специально адаптированные двигатели.
Ротор
В слотах пакета пластин ротора расположена впрыснутая или вставленная обмотка (обычно изготовленная из алюминия и/или меди). Как правило, один виток обмотки соответствует одной фазе. Эта обмотка имеет короткое замыкание на обоих концах, которое выполнено из того же материала. Фазы с замыкающими кольцами напоминают клетку. Отсюда и происходит второе распространенное название двигателей переменного тока: «двигатель с короткозамкнутым ротором».
Статор
Обмотка, пропитанная синтетической смолой, вставляется в полузакрытые слоты пакета пластин статора. Количество и ширина катушек варьируются для получения различного числа полюсов (= скоростей). Вместе с корпусом двигателя пакет пластин образует статор.
Подшипниковые щиты
Подшипниковые щиты изготавливаются из стали, серогого чугуна или литья под давлением алюминия и герметизируют внутреннее пространство двигателя со стороны A и со стороны B. Конструктивное решение в месте перехода к статору определяет, в частности, степень защиты двигателя.
Вал ротора
Пакет пластин ротора со стороны ротора закреплен на стальном валу. Оба конца вала проходят через подшипниковые щиты как со стороны A, так и со стороны B. Конец выходного вала установлен со стороны A (исполняется в виде вала для шестерни для мотор-редуктора); со стороны B установлены вентилятор с его охлаждающими лопастями и/или дополнительные системы, такие как механические тормоза и датчики.
Корпус двигателя
Корпус двигателя может изготавливаться из литого под давлением алюминия при низкой и средней мощности. Однако корпус для всех классов мощности выше указанных изготавливается из серого чугуна и сварной стали. К корпусу прикреплена клеммная коробка, в которой концы обмотки статора подключены к клеммной колодке для подключения со стороны заказчика. Охлаждающие ребра увеличивают площадь поверхности корпуса, а также способствуют отводу тепла в окружающую среду.
Вентилятор, кожух вентилятора
Вентилятор, расположенный на конце вала со стороны B, закрыт кожухом. Этот кожух направляет воздушный поток, создаваемый при вращении вентилятора, через ребра охлаждения на корпусе. Как правило, вентиляторы не зависят от направления вращения ротора. Дополнительная защитная крышка предотвращает проваливание (мелких) деталей сквозь сетку защиты вентилятора при вертикальной монтажной позиции.
Подшипники
Подшипники в подшипниковых щитах со стороны A и со стороны B механически соединяют вращающиеся детали с неподвижными. Обычно используются радиальные шарикоподшипники. Роликоподшипники с цилиндрическими роликами используются редко. Типоразмер подшипника зависит от сил и скоростей, которые он должен выдерживать. Различные типы уплотнительных систем обеспечивают поддержание необходимых смазочных свойств в подшипнике и предотвращают утечку масла и/или смазки.
Симметричная трехфазная система обмоток статора подключена к трехфазной сети электропитания с соответствующим напряжением и частотой. По каждой из трёх фаз обмотки протекают синусоидальные токи одинаковой амплитуды. Каждый из этих токов имеет фазовый сдвиг относительно других на 120°. Поскольку фазы обмотки также пространственно смещены на 120°, статор создает магнитное поле, которое вращается с частотой приложенного напряжения.
Это вращающееся магнитное поле — или, короче говоря, вращающееся поле — индуцирует электрическое напряжение в обмотке ротора или в стержнях ротора. Протекают токи короткого замыкания, поскольку обмотка замыкается на кольцо. Вместе с вращающимся полем эти токи создают силы и генерируют крутящий момент по радиусу ротора, который ускоряет ротор в направлении вращения поля. Частота напряжения, генерируемого в роторе, снижается по мере увеличения скорости ротора. Это происходит из-за того, что разница между скоростью вращающегося поля и скоростью ротора уменьшается.
В результате снижения индуцированного напряжения токи в клетке ротора уменьшаются, а значит, уменьшаются и силы, и крутящие моменты. Если бы ротор вращался с той же скоростью, что и вращающееся поле, он вращался бы синхронно, напряжение не индуцировалось бы, и, следовательно, двигатель не смог бы развивать никакого крутящего момента. Однако момент нагрузки и крутящие моменты трения в подшипниках приводят к разнице между частотой вращения ротора и частотой вращающегося поля, что приводит к равновесию между динамическим моментом и моментом нагрузки. Двигатель работает асинхронно.
Величина этой разницы увеличивается или уменьшается в зависимости от нагрузки на двигатель, но никогда не равна нулю, поскольку в подшипниках всегда присутствует трение, даже при холостом ходе. Если момент нагрузки превышает максимальный динамический момент ускорения, который может развивать двигатель, двигатель «заглохнет», перейдя в недопустимое состояние при эксплуатации, которое может привести к тепловому повреждению.
Относительное отклонение между скоростью вращающегося поля и механической скоростью, необходимое для работы, определяется как проскальзывание «s» и указывается в процентах от скорости вращающегося поля. У двигателей с меньшей номинальной мощностью проскальзывание может составлять от 10 до 15 процентов. У двигателей переменного тока с большей номинальной мощностью проскальзывание составляет примерно от 2 до 5 процентов.
Двигатель переменного тока получает электрическую мощность от системы питания и преобразует её в механическую мощность, то есть в скорость и крутящий момент. Если бы двигатель работал без потерь, выходная механическая мощностьPout соответствовала бы входной электрической мощностиPin.
Однако в двигателях переменного тока также возникают потери, что неизбежно при любом преобразовании энергии: медные тепловые потериPCu и потери в стержняхPZ возникают при протекании тока через проводник. Магнитные потериPFe возникают в результате перемагничивания пакета пластин с частотой электросети. Потери на трениеPRb возникают из-за трения в подшипниках, а потери на охлаждение — из-за использования воздуха для охлаждения. Потери в меди, стержнях, железе и на трение приводят к нагреву двигателя. КПД машины определяется как отношение выходной мощности к входной мощности.
В связи с введением правовых норм в последние несколько лет всё больше внимания уделяется использованию двигателей с более высоким уровнем эффективности. Классы эффективности определены в соответствующих нормативных документах. Производители учитывают эти классы в своих технических данных. Для снижения значительных потерь, вызванных работой машины, это повлекло за собой следующие изменения в конструкции электродвигателя:
Регистрируя значения крутящего момента и тока в зависимости от скорости, можно получить механическую характеристику «скорость-крутящий момент» двигателя переменного тока. При каждом включении двигатель следует этой характеристике до тех пор, пока не достигнет своей устойчивой рабочей точки. На характеристики кривых влияют как число полюсов, так и конструкция и материал обмотки ротора. Знание этих характеристик особенно важно для приводов, работающих с моментами сопротивления (например, подъемные устройства).
Если момент сопротивления рабочей машины превышает минимальный пусковой момент, частота вращения ротора «застревает в впадине». Двигатель больше не достигает своей номинальной рабочей точки (то есть стабильной и термически безопасной рабочей точки). Двигатель даже останавливается, если момент сопротивления превышает пусковой момент. При перегрузке работающего привода (например, из-за перегруженного ленточного конвейера) скорость снижается по мере увеличения нагрузки. Если момент сопротивления превышает опрокидывающий момент двигателя, двигатель «заглохнет», и скорость снизится до скорости разгона или даже до нуля. Все эти сценарии приводят к появлению чрезвычайно высоких токов в роторе и статоре, что означает их очень быстрое нагревание. Этот эффект может привести к непоправимому тепловому повреждению двигателя — или его «перегоранию» — если не установлены соответствующие защитные устройства.
Тепло, выделяющееся в проводнике с током, зависит от сопротивления проводника и величины протекающего по нему тока. Частое включение и пуск при моменте сопротивления создают очень большую тепловую нагрузку на двигатель переменного тока. Допустимый нагрев двигателя зависит от температуры окружающей охлаждающей среды (например, воздуха) и теплового сопротивления изоляционного материала обмотки.
Двигатели относятся к температурным классам изоляции (ранее называвшимся «классами изоляции»), которые определяют максимально допустимые перегревы в двигателях. Двигатель должен быть способен без повреждений выдерживать длительную эксплуатацию при повышенной температуре в соответствии с своей номинальной мощностью в том температурном классе изоляции, для которого он был рассчитан. Например, при максимальной температуре охлаждающей жидкости 40 °C максимально допустимое превышение температуры в температурном классе 130 (B) составляет: dT = 80 K.
Пример: Режим работы S3/40 % применяется, если двигатель поочередно работает в течение четырёх минут и подвергается отключению в течение шести минут.
Допустимая частота коммутации определяет, сколько раз в час можно включать двигатель без риска его тепловой перегрузки. Она зависит от следующих факторов:
Допустимую пусковую частоту двигателя можно увеличить с помощью следующих мер:
Двигатели переменного тока могут работать с различными скоростями за счет переключения обмоток или их отдельных участков. Различное число полюсов достигается за счет установки нескольких обмоток в пазы статора или изменения направления тока в отдельных участках обмотки. В случае отдельных обмоток мощность для каждого числа полюсов составляет менее половины мощности односкоростного двигателя того же типоразмера.
Например, трехфазные мотор-редукторы переменного тока с переключением полюсов используются в качестве приводов перемещения. Скорость перемещения высока при работе с малым числом полюсов. Для позиционирования включается многополюсная обмотка. Из-за инерции двигатель вначале продолжает вращаться с высокой скоростью во время переключения. На этом этапе двигатель переменного тока работает как генератор и замедляется. Кинетическая энергия преобразуется в электрическую и возвращается в сеть питания. Недостатком является значительный скачок вращающего момента, вызванный переключением. Однако для его уменьшения можно принять соответствующие меры по организации цепи.
Современные разработки в области недорогих инверторных технологий способствуют технологической замене двигателей многоскоростных на односкоростные двигатели с частотным инверторным управлением во многих областях применения.
Однофазный двигатель — хороший выбор, если в ваших условиях эксплуатации
Типичными примерами применения являются вентиляторы, насосы и компрессоры. Здесь имеются два принципиальных конструктивных различия:
С одной стороны, классический асинхронный двигатель переменного тока имеет подключение только к одной фазе и нулевому проводу. Третье подключение создается за счет сдвига фаз с помощью конденсатора. Поскольку конденсатор может создавать только фазовый сдвиг на 90°, а не на 120°, номинальная мощность такого однофазного двигателя обычно составляет лишь две трети от мощности сопоставимого двигателя переменного тока.
Второй способ создания однофазного двигателя предполагает технические изменения в обмотке. Вместо трехфазной обмотки реализуются только две фазы: одна в качестве основной, а другая — в качестве вспомогательной. Катушки, пространственно смещенные на 90°, также получают ток от конденсатора с временным сдвигом на 90°, что создает вращающееся поле. Неравное соотношение токов в основной и вспомогательной обмотках также, как правило, позволяет развивать лишь две трети мощности двигателя переменного тока того же типоразмера. К типичным двигателям для однофазной эксплуатации относятся конденсаторные двигатели, двигатели с затененным полюсом и пусковые двигатели, не оснащенные конденсаторами.
Ассортимент SEW-EURODRIVE включает оба типа однофазных двигателей — Двигатели серии DRK... Оба типа питаются рабочим конденсатором. Поскольку этот конденсатор размещён непосредственно в клеммной коробке, удаётся избежать появления мешающих контуров. При наличии рабочего конденсатора для пуска доступно примерно 45–50 процентов номинального вращающего момента.
Для заказчиков, которым требуется более высокий пусковой момент — до 150 % от номинального вращающего момента, — компания SEW-EURODRIVE может предоставить пусковые конденсаторы с необходимыми для этой цели значениями емкости, которые можно приобрести у хорошо укомплектованных специализированных дилеров.
Моментные асинхронные двигатели — это электродвигатели переменного тока специальной конструкции с короткозамкнутыми роторами. По замыслу их номинальные параметры рассчитаны таким образом, что потребляемый ток достаточно высок лишь для того, чтобы при нулевой скорости не произошло непоправимого теплового повреждения самого двигателя. Эта особенность полезна, например, при открывании ворот и установке стрелок, а также в прессовых матрицах — в тех случаях, когда достигнута определенная позиция, которая должна надежно удерживаться электродвигателем.
Еще одним распространенным режимом работы является торможение противовключением: внешняя нагрузка способна вращать ротор против направления вращения вращающегося поля. Вращающееся поле «замедляет» скорость и извлекает из системы рекуперативную энергию, которая подается в сеть питания — аналогично роторному торможению без работы тормоза.
Компания SEW-EURODRIVE предлагает серию DR2M.. вместе с 12-полюсными моторами крутящего момента, тепловая конструкция которых рассчитана на длительную работу с номинальным вращающим моментом в режиме холостого хода. Моторы крутящего момента SEW‑EURODRIVE подходят для самых разных требований и скоростей и, в зависимости от режима работы, доступны с тремя вариантами номинального вращающего момента.
Если вы используете электродвигатели в зонах с взрывоопасностью (в соответствии с Директивой 2014/34/ЕС (ATEX)), необходимо принять специальные меры предосторожности в отношении приводов. С учётом этого SEW-EURODRIVE предлагает ряд различных конструкций в зависимости от зоны и региона применения.
Компания SEW‑EURODRIVE предлагает линейку двигателей LSPM для применений, в которых двигатели работают напрямую от сети питания и требуют синхронной скорости или обеспечивают эту характеристику без датчиков при использовании простого преобразователя частоты. LSPM — это аббревиатура от«Line Start Permanent Magnet» (запуск от сети с постоянными магнитами). Двигатель LSPM представляет собой трехфазный асинхронный двигатель переменного тока с дополнительными постоянными магнитамив роторе. Он работает в асинхронном режиме, синхронизируется с рабочей частотой и с этого момента работает в синхронном режиме без проскальзывания, синхронно с частотой сети. Эта технология двигателей открывает новые, гибкие возможности применения в области приводной техники, например, передачу нагрузок без падения скорости.
Эти компактные гибридные двигатели не имеют потерь в роторе во время эксплуатации и отличаются высоким КПД. Достигаются классы энергосбережения до IE4.
Типоразмер двигателя DR..J с технологией LSPM на две ступени меньше по сравнению с серийным двигателем той же мощности и того же класса эффективности. С другой стороны, двигатели того же типоразмера достигают класса эффективности, в два раза превосходящего показатели асинхронных двигателей.
При активации поиска по почтовому индексу данные передаются Google в США. Для получения дополнительной информации см. нашу политику конфиденциальности.