Энергетический режим работы асинхронного двигателя

Режимы работы электродвигателей S1-S10 по ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004) Машины электрические вращающиеся

S 1 – продолжительный режим работы электродвигателя;
S 2 – кратковременный режим работы электродвигателя;
S 3 – периодический повторно-кратковременный режим работы электродвигателя;
S 4 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов;
S 5 – Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов;
S 6 – перемежающийся режим работы электродвигателя – последовательность циклов;
S 7 – Перемежающийся режим работы электродвигателя с влиянием пусковых токов и электрическим торможением;
S 8 — Периодический перемежающийся режим работы электродвигателя с периодически изменяющейся частотой вращения;
S 9 — режим работы электродвигателя с непериодическими изменениями, нагрузки и частоты вращения;
S10 — режим работы электродвигателя с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения;

ГОСТом предусмотрено 10 номинальных режимов для электродвигателей, которые обозначаются как S 1- S 10, их описание приведено ниже.

S 1 – продолжительный режим работы электродвигателя , характеризуется работой электродвигателя при постоянной нагрузке (Р) и потерях ( Р V ) на протяжении длительного времени, пока все части машины не достигнут неизменной температуры (Ɵ max = Ɵ нагр ).

На выше приведенном рисунке Ɵ – температура внешней среды.

S 2 – кратковременный режим работы электродвигателя – это работа электродвигателя на протяжении небольшого отрезка времени (Δ t_p ) при постоянной нагрузке ( P ). При работе за определенное время (Δ t_p ) составляющие двигателя не успевают нагреваться до установившейся температуры (Ɵ _max ), после этого машину останавливают и она охлаждается до температуры внешней среды (превышая не более чем на 2 0 С).

S 3 – периодический повторно-кратковременный режим работы электродвигателя, представляет собой последовательность одинаковых циклов, работа в которых происходит при постоянной, неизменной нагрузке. За это время электродвигатель не успевает нагреться до максимальной температуры и при останове не охлаждается до температуры окружающей среды. Не учитываются потери, возникшие при запуске двигателя (пусковой ток не оказывает большого влияния), то есть они не нагревают детали машины. Длительность цикла не превышает десяти минут.

Где Δ t_p – время работы двигателя; Δ t_R – время простоя, охлаждения; Ɵ_нагр1 – температура двигателя при максимальном охлаждении во время цикла; Ɵ_нагр2 – максимальная температура нагрева.

Продолжительность включения (ПВ) характеризует данный режим работы и находится по формуле:

Существуют нормированные значения ПВ: 60%, 40%, 25%, 15%.

Указанные в каталогах мощности приводятся для «Продолжительного режима работы ( S 1)». Если же двигатель будет работать в других режимах, к примеру, S 2 или S 3, то нагревание его будет происходить медленнее, что позволит увеличить нагрузку на некоторое время. Для режима S 2 допускается увеличение нагрузки на 50% на период времени 10 минут, 25% — 30 минут, 10% — 90 минут. Для работы механизма в режиме S 3 лучше всего применять приводной асинхронный двигатель с повышенным скольжением.

S 1 – S 3 являются основными режимами работы, а S 4 — S 10 были введены для расширения возможностей первых, и предоставления более широкого ряда электродвигателей под конкретные задачи.

S 4 – повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с влиянием пусковых процессов, представляется в виде циклической последовательности, в каждом цикле выполняется пуск двигателя за время (Δ t_d ), работа двигателя при постоянной нагрузке в течении (Δ t_p ), за эти промежутки времени машина не успевает достичь максимальной температуры (установившейся), а за время паузы (Δ t_R ) не остывает до внешней среды.

S 5 – Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов включает в себя те же характерности режима, что и S 4, с осуществлением торможения электродвигателя за время (Δ t_F ).

Этот режим работы характерен для электропривода лифтов.

S 6 – перемежающийся режим работы электродвигателя – последовательность циклов, при которой работа происходит в течении времени (Δ t _р) с нагрузкой, и время (Δ t_V ) работает на холостом ходу. Двигатель не нагревается до предельной температуры.

S 7 – Перемежающийся режим работы электродвигателя с влиянием пусковых токов и электрическим торможением, особенностью является отсутствие пауз в работе, что обеспечивает 100% периодичность включения. Описывается работа в данном режиме последовательными циклами с достаточно долгим пуском (Δ t_d ), нормальной работой при неизменной нагрузке и торможением двигателя.

S 8 — Периодический перемежающийся режим работы электродвигателя с периодически изменяющейся частотой вращения. Так же как и предыдущий режим, этот не содержит пауз, соответственно ПВ=100%. Реализация данного S 8 режима происходит в асинхронных двигателях при переключении пар полюсов. Каждый последовательный цикл состоит из времени разгона (Δ t_d ), работы (Δ t _р) и торможения (Δ t_F ), но при разных нагрузках, а соответственно при разных скоростях вращения ротора ( n ).

S 9 — режим работы электродвигателя с непериодическими изменениями, нагрузки и частоты вращения. Режим, при котором обычно нагрузка и частота вращения изменяются непериодически в допустимом рабочем диапазоне. Этот режим часто включает в себя перегрузки, которые могут значительно превышать базовую нагрузку Для этого типа режима постоянная нагрузка, выбранная соответствующим образом и основанная на типовом режиме S1, берется как базовая (см. рисунок ниже) для определения перегрузки.

S10 — режим работы электродвигателя с дискретными постоянными нагрузками и частотами вращения Режим, состоящий из ограниченного числа дискретных нагрузок (или эквивалентных нагрузок) и, если возможно, частот вращения, при этом каждая комбинация нагрузки/частоты вращения сохраняется достаточное время для того, чтобы машина достигла практически установившегося теплового состояния (рисунок ниже). Минимальная нагрузка в течение рабочего цикла может иметь и нулевое значение (холостой ход, покой или бестоковое состояние). Для этого типового режима постоянная нагрузка, выбранная в соответствии с типовым режимом S1, принимается за базовую для дискретных нагрузок. Дискретные нагрузки являются, как правило, эквивалентной нагрузкой, интегрированной за определенный период времени. Нет необходимости, чтобы каждый цикл нагрузки точно повторял предыдущий, однако каждая нагрузка внутри цикла должна поддерживаться достаточное время для достижения установившегося теплового состояния, и каждый нагрузочный цикл должен интегрированно давать ту же вероятность относительного ожидаемого термического срока службы изоляции машины.

Читать еще: Холостой ход неравномерность работы двигателя

Длительность рабочего цикла, характер действующей нагрузки, ее величина, потери при пуске, торможении и во время установившегося режима работы, способ охлаждения — все эти параметры описывают режимы работы электродвигателей. Возможные комбинации выше приведенных характеристик имеют огромное разнообразие и потому изготовление двигателей для каждого из них не целесообразно. По наиболее часто использованным и востребованным характерам работы были выделены номинальные режимы, для которых собственно и изготовляются серийные электродвигатели. Параметры электрической машины, которые указаны в паспорте, характеризуют ее работу в одном из номинальных режимов. Изготовитель гарантирует нормальную, безотказную работу эл. двигателя в номинальном режиме при номинальной нагрузке. Необходимо обязательно учитывать режим работы электропривода при выборе двигателя, это обеспечит надежную работу механизма.

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ СТАТЬИ

Д.Ю. Зайцев, А.А. Пикалов, Н.А. Пономарев

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Воронежский государственный аграрный университет

имени императора Петра I, г.Воронеж

Аннотация.Рассмотрены специальные режимы работы трёхфазных асинхронных электродвигателей в нерегулируемом электроприводе, позволяющие снизить количество потребляемой этими двигателями электроэнергии.

Ключевые слова:трехфазный асинхронный электродвигатель, снижение электропотребления, энергосберегающие режимы работы, снижение потерь мощности.

Abstract.Considered special modes of operation of three-phase asynchronous motors in the unregulated electrical drive, allowing to reduce consumption of these engines power.

Keywords:hree-phase asynchronous motor, reducing energy consumption, energy saving modes, reducing power losses.

Асинхронный электропривод является наиболее распространенным потребителем электроэнергии как на промышленных, так и на сельскохозяйственных предприятиях. Поэтому актуальной представляется задача снижения энергопотребления асинхронными электродвигателями (АД) за счёт оптимизации их рабочего режима.

При штатных параметрах рабочего режима, установленных нормативно-технической документацией, некоторое снижение количества потребляемой энергии возможно получить, применяя новые экономичные серии АД [1]. Кроме того, в нерегулируемом электроприводе снижение электропотребления может быть достигнуто специальными режимами работы, реализация которых в общем случае предполагает:контроль потребляемой мощности и линейного тока, контроль температуры корпуса или обмоток, измерение мощности на валу, определение нагрузки на валу, наличие информации о характере технологических циклов работы установки, применение технических средств, оптимизирующих пусковые и тормозные режимы работы, наличие компактных и недорогих средств переключения обмоток электродвигателей, автоматический выбор оптимального сочетания параметров рабочего режима: потребляемой мощности, линейного тока, величины скольжения [2].

Целью реализации специальных режимов работы АД является снижение потребления из сети активной мощности, а, следовательно, и потерь энергии без заметных изменений условий технологического режима работы оборудования в целом [3].

При работе АД в продолжительном режиме (S1) возможны случаи значительного снижения нагрузки на валу на довольно продолжительный период (от десятков минут до нескольких часов). В этом случае для снижения потребляемой мощности и некоторого увеличения значения соs φ бывает целесообразно симметрично снизить напряжение на обмотке статора АД с помощью симисторного преобразователя напряжения (ПН) согласно схеме, представленной на рис.1.

Уровень снижения напряжения зависит от степени продолжительного сброса нагрузки и определяется из условий сохранения значения вращающего момента, достаточного для поддержания такой частоты вращения, при которой действительное скольжение не превышает критическое.

ПН –симисторный преобразователь напряжения; ДТ – датчик тока; ОН – определитель нагрузки

Рисунок 1 – Схема управления АД посредством симисторного ПН

Экспериментальные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Нагрузочная диаграмма АД

Значение электромагнитного момента АД определяется по формуле:

(1)

где m₁ – число фаз электродвигателя;U₁ – напряжение питания; …

С помощью определителя нагрузки (ОН) устанавливается контроль за уровнем статического момента нагрузки с изменяемой уставкой на некоторое понижение напряжения.

В регулируемом электроприводе для реализации энергосберегающих режимов актуально применение полупроводниковых преобразователей частоты [4; 5].

Список литературы

1. Клевцов, А.В. Средства оптимизации потребления электроэнергии [Текст] / А.В. Клевцов. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 240 с.

2. Кутняхов, Д.И. Применение преобразователя частоты для модернизации электропривода токарного станка [Текст] / Д.И. Кутняхов, В.А. Черников, Н.В. Прибылова // Инновационные технологии и технические средства для АПК: материалы международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов. – Ч.III. — Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2016. — С.100-104.

3. Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлектро [Текст] / В.И. Радин, Й. Лондин, В.Д. Розенкоп и др.; под. ред. В.И. Радина. – М.: Энергоиздат, 1990. – 416 с.

Энергетическая диаграмма асинхронной машины в двигательном режиме

Энергетическая диаграмма асинхронной машины в двигательном режиме

При работе асинхронной машины в двигательном режиме ее ротор под воздействием положительного электромагнитного момента, направленного в сторону перемещения магнитного поля, вращается со скоростью, меньшей скорости поля.

Активная мощность Р₁, потребляемая асинхронным двигателем из m₁ – фазной сети, преобразуется в механическую мощность Р₂ передаваемую через вал рабочему механизму с неизбежными потерями в различных частях машины, рис.1.

Рис.1. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя (а),

Читать еще: Эфиры для быстрого запуска двигателя

схема связей между элементами двигателя (б).

Мощность двигателя, потребляемая из m₁-фазной сети, равна

где U₁; I₁ — фазные напряжение и ток статора;

φ1 — угол между векторами напряжения и тока статора (φ1 считается положительным, если ток отстает от напряжения).

Часть мощности Р₁ теряется в статоре в виде электрических потерь ΔР_Э1 в активном сопротивлении обмотки и в виде магнитных потерь ΔP_М1 в стали сердечника. Оставшаяся часть представляет собой электромагнитную мощность Р_ЭМ, которая передается из цепи статора в цепь ротора посредством вращающегося магнитного поля

где М — электромагнитный момент;

ω₁=2πf₁/p — угловая скорость вращения магнитного поля;

f₁ — частота сети;

р — число пар полюсов асинхронного двигателя.

Часть электромагнитной мощности Р_ЭМ тратится в виде потерь DР_ЭЛ2 в активном сопротивлении обмотки ротора. Так как при номинальной угловой скорости вращения асинхронного двигателя частота перемагничивания стали ротора невелика (f₂=1 – 3 Гц), то магнитные потери в стали малы и их обычно не учитывают. Тогда полная механическая мощность, развиваемая двигателем, равна

где ω — угловая скорость вращения ротора.

Механическая мощность, отдаваемая асинхронным двигателем рабочему механизму, равна

где ΔР_МЕХ — потери мощности на трение в подшипниках и вентиляционные;

ΔР_д — добавочные потери мощности, вызванные высшими гармоническими МДС обмоток.

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя равен

Электромеханическое преобразование энергии происходит в асинхронной машине во всех режимах, кроме режимов холостого хода и короткого замыкания.

Включение добавочных сопротивлений в цепь ротора

Конструктивные особенности асинхронной машины с фазным ротором позволяют в каждую фазу обмотки ротора включить добавочные сопротивления — активные или реактивные. Введение добавочных сопротивлений в цепь ротора дает возможность ограничить величину пускового тока, увеличить до значения максимального пусковой момент, осуществить плавный запуск двигателя и т.д.

Энергетическая диаграмма асинхронной машины в двигательном режиме

Рис.1. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя (а),

схема связей между элементами двигателя (б).

Мощность двигателя, потребляемая из m₁-фазной сети, равна

где U₁; I₁ — фазные напряжение и ток статора;

где М — электромагнитный момент;

ω₁=2πf₁/p — угловая скорость вращения магнитного поля;

f₁ — частота сети;

р — число пар полюсов асинхронного двигателя.

где ω — угловая скорость вращения ротора.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Справочник

Типовые режимы работы электродвигателя 09.07.2006 14:22

Определение номинальных данных:

для типовых режимов S1– S8 за номинальную мощность принимают установленное значение постоянной нагрузки в ваттах:

для типового режима S9 за номинальную мощность принимают значение, соответствующее полной нагрузке.

Если электродвигатель предназначен для работы в непериодических режимах при изменяющихся нагрузках и с изменяющейся частотой вращения, включая перегрузки, то номинальные данные для типового непериодического режима должны базироваться на типовом режиме S9.

Продолжительный режим работы — типовой режим S1

Продолжительный режим работы электродвигателя (S1) – режим работы с постоянной нагрузкой и продолжительностью, достаточной для достижения теплового равновесия, см. рис. (N – работа при постоянной нагрузке; O_max— максимальная достигнутая температура).

Стандартный режим для большинства асинхроных общепромышленых электродвигателей

Кратковремнный режим работы — типовой режим S2

Кратковременный режим (типовой режим S2) – режим работы электродвигателя с постоянной нагрузкой в течение определенного времени, недостаточного для достижения теплового равновесия, за которым следует состояние покоя в течение времени, достаточного для того, чтобы температура машины сравнялась с температурой охлаждающей среды с точностью до 2 К, см. рис. (N – работа при постоянной нагрузке; O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла).

В соответствии с ГОСТ 183 длительность периода неизменной номинальной нагрузки 10, 30, 60 и 90 мин.

Периодический кратковременный режим работы — типовой режим S3

Периодический кратковременный режим (типовой режим S3) – последовательность одинаковых рабочих циклов, каждый из которых состоит из периода работы с постоянной нагрузкой и периода покоя, см. рис. (N – работа при постоянной нагрузке; R – состояние покоя; O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла).

Читать еще: Алгоритм работы блока управления двигателем

В этом режиме цикл работы таков, что пусковой ток не оказывает заметного влияния на превышение температуры. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия.

Продолжительность включения (ПВ), %: ПВ = 100 N/(N+R).

В соответствии с ГОСТ 183 продолжительность включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60 %; продолжительность одного цикла принимают равной 10 мин.

Периодичекий кратковременный режим с пусками — типовой режим S4

Периодический кратковременный режим электродвигателя с пусками (типовой режим 54) – последовательность одинаковых рабочих циклов, включающих достаточно длительный период пуска, период работы с постоянной нагрузкой и период покоя, см. рис. (D – пуск; N – работа при постоянной нагрузке; R – состояние покоя; O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла).

Продолжительность включения, %: ПВ = 100 (D+N) /(D+N+R).

В соответствии с ГОСТ 183 продолжительность включений (ПВ): 15, 25, 40 и 60%; число включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции FI, равном 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4,0; 6,3 и 10.

Периодический кратковременный режим с электрическим торможением — типовой режим S5

Периодический кратковременный режим с электрическим торможением (типовой режим S5) – последовательность одинаковых рабочих циклов электродвигателя, каждый из которых состоит из периода пуска, периода работы с постоянной нагрузкой, периода быстрого электрического торможения и периода покоя, см. рис. (D –пуск; N – работа при постоянной нагрузке: R – состояние покоя; O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла; F –электрическое торможение). Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия.

Продолжительность включения, %: ПВ=100(Д+ N+ F)/(D+ N + F + К).

В соответствии с ГОСТ 183 продолжительность включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%; число включений в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции равном 1,2;. 1,6; 2,0; 2,5 и 4,0.

Периодический непрерывный режим с кратковременной нагрузкой — типовой режим электродвигателя S6

Периодический непрерывный режим работы электродвигателя с кратковременной нагрузкой – последовательность одинаковых рабочих циклов, каждый из которых состоит из периода работы с постоянной нагрузкой и периода холостого хода, см. рис. (N – работа при постоянной нагрузке; V – холостой ход; O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла). Период покоя отсутствует. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия.

Продолжительность включения, %: ПВ = 100 N/(N+ V).

В соответствии с ГОСТ 183 продолжительность включения (ПВ) 15, 25, 40 и 60%; продолжительность одного цикла принимают равной 10 мин.

Периодический непрерывный режим работы электродвигателя с злектрическим торможением — типовой режим S7

Периодический непрерывный режим с электрическим торможением (типовой режим S7) – последовательность одинаковых рабочих циклов, каждый из которых состоит из периода пуска, периода работы с постоянной нагрузкой и периода электрического торможения, см. рис. (D – пуск; N – работа при постоянной нагрузке; F – электрическое торможение; O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла). Период покоя отсутствует. Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия. Продолжительность включения ПВ = 100%. В соответствии с ГОСТ 183 число реверсов при электрическом торможении в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции FI, равном 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 и 4,0.

Периодический непрерывный режим с одновременным изменением нагрузки и частоты вращения электродвигателя — типовой режим S8

Периодический непрерывный режим с одновременным изменением нагрузки и частоты вращения (типовой режим S8) – последовательность одинаковых рабочих циклов, каждый из которых состоит из периода работы с постоянной нагрузкой, соответствующей заданной частоте вращения, за которым следует период или несколько периодов работы с другими постоянными нагрузками, соответствующими различным частотам вращения (которые достигаются, например, изменением числа полюсов в случае асинхронных двигателей), см. рис. (F1, F2 — электрическое торможение; D –пуск; N1, N2, N3 – работа при постоянных нагрузках; O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла). Период покоя отсутствует Продолжительность цикла недостаточна для достижения теплового равновесия.

ПВ = 100 (D + N1) (D + N1 + F1+ N2+ F2+ N3);

ПВ = 100 (F1 + N2) (D + N1 + F1+ N2+ F2+ N3);

ПВ = 100 (F2 + N3) (D + N1 + F1+ N2+ F2+ N3);

В соответствии с ГОСТ 183 число циклов в час 30, 60, 120 и 240 при коэффициенте инерции FI равном 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 и 4,0.

Режим работы электродвигателя с непериодическим изменением частоты вращения и нагрузки — типовой режим S9

Режим с непериодическими изменениями нагрузки и частоты вращения (типовой режим S9) –режим работы, при котором нагрузка и частота вращения обычно изменяются непериодически в пределах допустимого рабочего диапазона, см. рис. (D – пуск; L – работа при переменной нагрузке; F –электрическое торможение; R – состояние покоя; S – работа при перегрузке; Ср – полная нагрузка,O_max– максимальная температура, достигнутая в течение цикла). Этот режим часто включает перегрузки, которые могут значительно превышать полную нагрузку.

Для типового режима электродвигателя S9 значения, соответствующие полной нагрузке, необходимо рассматривать в качестве основы для определения перегрузки.

голоса

Рейтинг статьи