У вас есть конкретный запрос, и вы хотели бы получить от нас консультацию? Отправьте нам сообщение со своими вопросами.
К группе машин с вращающимся магнитным полем относятся электрические машины, принцип действия которых основан на магнитном поле, вращающемся в зазоре между статором и ротором. Наиболее важной и широко используемой рабочей машиной этой группы является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором на основе трехфазного тока. Он отличается следующими характеристиками:
В области приводная техника обычно используются следующие электродвигатели:
Поскольку частоту вращения трехфазных двигателей с преобразователем частоты можно регулировать более эффективно, проще и просто в обслуживании, двигатели постоянного тока и трехфазные двигатели с контактными кольцами постепенно теряют своё значение. Другие типы трехфазных асинхронных двигателей играют лишь незначительную роль в приводной технике. Поэтому от более подробного описания здесь отказываемся.
Если объединить электродвигатель, например трехфаз ный двигатель, с редуктор, получается так называемый мотор-редуктор. Независимо от принципа работы конкретного двигателя, способ его крепления к редуктору имеет особое значение для механической конструкции двигателя. Компания SEW-EURODRIVE использует для этого специально адаптированные двигатели.
Ротор
В пазах стального пакета ротора находится впрыснутая или вставленная обмотка (обычно из алюминия и/или меди), причем традиционно один виток соответствует одному стержню. Эти стержни закорочены на обоих концах кольцами из того же материала. Если мысленно убрать пакет пластин, то стержни с замыкающими кольцами напоминают клетку. Отсюда и происходит второе распространённое название трехфаз ных двигателей: «двигатель с короткозамкнутым ротором».
Статор
Обмотка, залитая синтетической смолой, уложена в полузакрытые пазы пакета пластин. Количество и ширина витков варьируются для достижения различного числа полюсов (= частот вращения). Вместе с корпусом двигателя пакет пластин образует так называемый статор.
Подшипниковые щиты
Подшипниковые щиты из стали, серогого чугуна или литого под давлением алюминия закрывают внутреннее пространство двигателя со стороны A и B. Конструктивное исполнение в переходной зоне к статору определяет, в частности, степень защиты двигателя.
Вал ротора
Пакет пластин со стороны ротора насаживается на стальной вал. Оба конца вала проходят через передний и задний подшипниковые щиты. Со стороны A расположен конец выходного вала (в случае мотор-редуктора выполнен в виде вала для шестерни); со стороны B установлены вентилятор с лопастями для естественной вентиляции и/или дополнительные системы, такие как механические тормозы и датчики.
Корпус двигателя
Корпуса двигателей малой и средней мощности могут изготавливаться из литого под давлением алюминия. Однако корпуса всех классов мощности также изготавливаются из серогого чугуна и сварной стали. К корпусу прикреплен клеммный ящик, в котором концы обмотки статора подключены к клеммному блоку для электрического подключения со стороны заказчика. Охлаждающие ребра увеличивают поверхность корпуса и, кроме того, способствуют отводу тепла в окружающую среду.
Вентилятор, кожух вентилятора
Вентилятор, установленный на конце вала со стороны B, закрыт кожухом. Этот кожух направляет воздушный поток, возникающий при вращении вентилятора, по ребрам корпуса. Как правило, вентиляторы не зависят от направления вращения ротора. Дополнительная защитная крышка предотвращает проваливание (мелких) деталей через решетку кожуха вентилятора в монтажных позициях вертикальной установки.
Подшипники
Подшипники в подшипниковых щитах со стороны A и B механически соединяют вращающиеся детали с неподвижными. В большинстве случаев используются радиальные шарикоподшипники, реже — роликоподшипники с цилиндрическими роликами. Размер подшипника зависит от сил и частоты вращения, которые должен выдерживать данный подшипник. Различные системы уплотнений обеспечивают сохранение необходимых смазочных свойств внутри подшипника и предотвращают утечку масел и/или консистентной смазки.
Симметричная трёхжильная система обмотки статора подключена к трёхфазной сети переменного тока соответствующего напряжения и частоты. В каждой из трёх ветвей обмотки протекают синусоидальные токи одинаковой амплитуды, фазы которых смещены друг относительно друга на 120°. Благодаря фазным цепям обмотки, также смещенным в пространстве на 120°, статор создает магнитное поле, которое вращается с частотой приложенного напряжения.
Это вращающееся магнитное поле — сокращённо называемое вращающимся полем — индуцирует электрическое напряжение в обмотке ротора или в стержнях ротора. Поскольку обмотка закорочена через кольцо, протекают токи короткого замыкания. Вместе с вращающимся полем возникают силы, которые по радиусу ротора создают вращающий момент, ускоряющий ротор до частоты вращения в направлении вращающегося поля. С увеличением частоты вращения ротора частота генерируемого напряжения в роторе снижается, так как разница между частотой вращения вращающегося поля и частотой вращения ротора уменьшается.
В результате снижения индуцированного напряжения в клетке ротора уменьшаются токи, а значит, снижаются силы и вращающие моменты. Если бы ротор достиг той же частоты вращения, что и вращающееся поле, он вращался бы синхронно, и напряжение не индуцировалось бы — следовательно, двигатель не смог бы развивать вращающий момент. Однако момент нагрузки и моменты трения в подшипниках приводят к разнице между скоростью вращения ротора и скоростью вращения вращающегося поля и, как следствие, к равновесию между ускоряющим моментом и моментом нагрузки. Двигатель работает асинхронно.
В зависимости от нагрузки на двигатель эта разница может быть больше или меньше, но никогда не равна нулю, поскольку даже в режиме холостого хода в подшипниках всегда присутствует трение. Если момент нагрузки превышает максимальный ускоряющий момент, который может развивать двигатель, двигатель «переходит» в недопустимое состояние при эксплуатации, которое в некоторых случаях может привести к тепловому разрушению.
Это относительное движение между частотой вращения вращающегося поля и механической частотой вращения, необходимое для работы, определяется как проскальзывание s и указывается в процентах от частоты вращения вращающегося поля. У двигателей с малой мощностью проскальзывание может составлять от 10 до 15 процентов, а у трехфазных двигателей большей мощности — примерно от 2 до 5 процентов.
Трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором потребляет электрическую мощность из сети и преобразует её в механическую мощность — то есть в частоту вращения и вращающий момент. Если бы двигатель работал без потерь, выдаваемая механическая мощностьPab соответствовала бы потребляемой электрической мощностиPauf.
Однако, как и при любом преобразовании энергии, в трехфазном двигателе с короткозамкнутым ротором неизбежно возникают потери: потери в меди (PCu) и потери в стержнях(PZ) возникают при прохождении тока через проводник, а магнитные потери (PFe) возникают в результате перемагнитизации пакета пластин с частотой электросети. Потери на трениеPRb возникают из-за трения в подшипниках, а потери на вентиляцию — из-за использования воздуха для охлаждения. Эти потери на медь, на стержни, на железо и на трение приводят к нагреву двигателя. Отношение выдаваемой мощности к потребляемой определяется как КПД машины.
В связи с требованиями законодательства в последние годы все больше внимания уделяется применению двигателей с более высоким КПД. Соответствующие нормативные документы определяют классы энергоэффективности, которые производители включают в технические данные. Для снижения основных потерь, связанных с конструкцией машины, это означает для конструкции электродвигателя:
Если построить график зависимости вращающего момента и тока от частоты вращения, то получится характерная кривая «вращающий момент — частота вращения» трехфазного тока в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором. До достижения устойчивой рабочей точки двигатель проходит эту характеристическую кривую после каждого включения. Число полюсов, конструкция и материал обмотки ротора влияют на ход характеристических кривых. Знание этих характеристических кривых особенно важно для приводов, эксплуатируемых с моментом сопротивления (например, подъемные устройства).
Если момент сопротивления рабочей машины превышает минимальный пуско вой момент седла, частота вращения ротора «застрянет» в седле. Двигатель больше не достигает своей номинальной рабочей точки, то есть стабильной и тепловой безопасной рабочей точки. Если момент сопротивления даже превышает пусковой момент, двигатель останавливается. Если работающий привод перегружен (например, перегрузка ленточного конвейера), частота вращения снижается с увеличением нагрузки. Если момент сопротивления превышает опрокидывающий момент, двигатель «опрокидывается», и частота вращения падает до частоты в седле или даже до нуля. Все эти сценарии приводят к появлению очень больших токов в роторе и статоре, в результате чего оба элемента очень быстро нагреваются. При отсутствии надлежащих защитных устройств это может привести к тепловому разрушению двигателя — он «прогорает».
Тепло, выделяющееся в электрическом проводнике с током, зависит от сопротивления проводника и величины протекающего по нему тока. Частое включение и пуск с моментом сопротивления создают очень сильную тепловую нагрузку на трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором. Допустимый нагрев двигателя зависит от температуры окружающей его охлаждающей среды (например, воздуха) и термостойкости изоляционного материала обмотки.
Максимально допустимые перегревы двигателей регулируются с помощью классификации по температурным классам изоляции (ранее также называвшимся «классами изоляции»). Двигатель должен быть способен к эксплуатации в том же температурном классе изоляции, в котором он был изготовлен, с постоянным перегревом, обусловленным его номинальной мощностью, без риска повреждения. При температуре охлаждающей жидкости не более 40 °C допустимая предельная перегрева, например, в температурном классе изоляции 130 (B) составляет: dT = 80 K.
Допустимая частота включений указывает, сколько раз в час можно включать двигатель без риска тепловой перегрузки. Она зависит от:
Допустимую частоту включений двигателя можно увеличить следующими способами:
Трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором могут быть эксплуатированы с различными частотами вращения за счет переключения обмоток или их отдельных частей. Разное число полюсов достигается путем установки нескольких обмоток в пазы статора или изменения направления тока в отдельных частях обмотки. При использовании раздельных обмоток мощность на одно число полюсов составляет менее половины мощности односкоростного двигателя того же типоразмера.
Трехфазные многоскоростные мотор-редукторы используются, например, в качестве приводов транспортных устройств. Скорость перемещения высока при эксплуатации с низким числом полюсов. Для позиционирования происходит переключение на многополюсную обмотку с низкой частотой вращения. При переключении двигатель из-за инерции массы сначала сохраняет свою высокую частоту вращения. На этом этапе трехфазный двигатель работает в режиме генератора и тормозит. Кинетическая энергия преобразуется в электрическую и возвращается в сеть. Недостатком является большой импульс крутящего момента при переключателе, который, однако, можно уменьшить с помощью соответствующих мер в схеме.
Современное развитие недорогой преобразовательной техники способствует технологическому замещению многоскоростных двигателей с переключением полюсов частотно-регулируемыми двигателями во многих областях применения.
Однофазный двигатель — хороший выбор, если в условиях эксплуатации
К типичным примерам применения относятся вентиляторы, насосы и компрессоры. Здесь можно выделить два основных конструктивных отличия:
во-первых, классический асинхронный трехфазный двигатель подключается только к одной фазе и нулевому проводу. Третье подключение имитируется с помощью конденсатора, создающего сдвиг фаз. Поскольку конденсатор может создавать не 120°, а лишь 90° сдвига фаз, мощность такого однофазного двигателя, как правило, рассчитывается на уровне двух третей мощности сопоставимого трехфазного двигателя.
Второй способ создания однофазного двигателя заключается в модификации обмотки. Вместо трехфазной обмотки реализуются только две фазы, причем они различаются как основная и вспомогательная. Катушки, смещенные в пространстве на 90°, через конденсатор получают ток с фазовым сдвигом 90°, что и создает вращающееся поле. Неравномерное соотношение токов в основной и вспомогательной обмотках, как правило, также позволяет достичь лишь двух третей мощности трехфазного двигателя аналогичного размера. Типичными двигателями для однофазной эксплуатации являются конденсаторный двигатель, двигатель с зазором, а также пусковой двигатель, который обходится без конденсатора.
Компания SEW-EURODRIVE предлагает в своём ассортименте оба типа однофазных двигателей — двигатели серии DRK.. Оба типа поставляются со встроенным рабочим конденсатором. Поскольку он размещён непосредственно в клеммной коробке, удаётся избежать появления помех. При наличии рабочего конденсатора для пуска доступно примерно 45–50 процентов номинального момента.
Для клиентов, которым требуется более высокий пусковой момент — до 150 % от номинального, — компания SEW-EURODRIVE может предоставить данные о ёмкости необходимых для этого пусковых конденсаторов, которые можно приобрести в хорошо укомплектованных специализированных магазинах.
Магниты с вращающимся полем представляют собой специальные модификации трехфазных двигателей с короткозамкнутым ротором. При расчете их параметры подбираются таким образом, чтобы даже при частоте вращения, равной 0, потребляемый ток не превышал значения, при котором двигатель не подвергается тепловому разрушению. Это целесообразно, например, при открывании дверей, переключении стрелок или в прессовых инструментах, когда необходимо достичь определённой позиции и надёжно удерживать её в режиме двигателя и с помощью электрооборудования.
Ещё одним распространённым режимом работы является так называемый режим торможения противотоком: внешняя нагрузка способна прокручивать ротор в направлении, противоположном направлению вращения вращающегося поля. Вращающееся поле «замедляет» частоту вращения и извлекает из системы энергию режима генератора, которая возвращается в сеть — это, по сути, ротационное торможение без работы тормоза.
Компания SEW-EURODRIVE предлагает 12-полюсные магниты вращающегося поля серий DRM../DR2M.., которые рассчитаны на тепловую стойкость при работе с номинальным вращающим моментом в состоянии покоя. Магниты вращающегося поля от SEW-EURODRIVE подходят для различных требований и скоростей и, в зависимости от режима работы, предлагаются с тремя номинальными вращающими моментами.
Если электродвигатели эксплуатируются во взрывоопасных зонах (в соответствии с директивой 2014/34/ЕС (ATEX)), необходимо принять определенные меры защиты при их эксплуатации на приводах. Для этого компания SEW-EURODRIVE предлагает различные взрывозащищенные трехфазные двигатели .
Для систем, работающих напрямую от сети и требующих синхронной частоты вращения либо обладающих этим свойством без датчика на простом преобразователе частоты, компания SEW-EURODRIVE предлагает так называемые двигатели LSPM. LSPM — это аббревиатура от Line Start Permanent Magnet. Двигатель LSPM представляет собой трехфазный асинхронный двигатель с дополнительными постоянными магнитами в роторе. Он запускается в асинхронном режиме, затем синхронизируется с частотой питания и с этого момента работает в синхронном режиме без проскальзывания, синхронно с частотой электросети. Эта технология двигателей открывает новые, гибкие возможности применения в приводной технике, например, передачу нагрузок без падения частоты вращения.
Эти компактные гибридные двигатели не имеют никаких потерь в роторе во время эксплуатации и отличаются высоким КПД. Достигаются классы энергоэффективности до IE4.
Типоразмер двигателя DR..J с технологией LSPM на две ступени меньше, чем у серийного двигателя аналогичной мощности и с таким же классом КПД. При этом двигатели того же типоразмера достигают класса КПД, в два раза превосходящего класс асинхронных двигателей.
При активации поиска по почтовому индексу данные передаются Google в США. Для получения дополнительной информации см. нашу политику конфиденциальности.