Время токовая характеристика асинхронного двигателя

7.1. Принцип действия асинхронного двигателя

7.2. Статические характеристики асинхронного двигателя

7.3. Управление асинхронными двигателями

7.3.1. Управление трехфазными асинхронными двигателями

7.3.2. Управление двухфазными асинхронными двигателями

7.1. Принцип действия асинхронного двигателя

Двигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели (АД) в свою очередь делятся на двух и трехфазные, из которых в качестве исполнительных двигателей в системах автоматического управления в основном применяются маломощные двигатели до 300 Вт.

Их преимущества перед ДПТ: малая инерционность, бесконтактность, дешевизна.

Их недостатки в сравнении с ДПТ: большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики.

Принцип действия рассмотрим на примере двухфазного асинхронного двигателя, с полым ротором в виде алюминиевого стакана. На статоре этого двигателя расположены две обмотки. Эти обмотки расположены на магнитопроводе под углом 900 друг к другу.

На эти обмотки подаются синусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе на 900 друг к другу. Под действием этих напряжений в обмотках протекают токи I1, I2, также синусоидальные и сдвинутые по фазе на 900. Будем считать, что амплитуды их равны.

Эти токи, в свою очередь, создают в магнитопроводе два пульсирующих вектора магнитной индукции и, соответственно два магнитных потока, равных по амплитуде и сдвинутые по фазе на 900 друг к другу в пространстве и времени.

Они суммируются, и создается результирующий магнитный поток, имеющий постоянную амплитуду и вращающийся по окружности с частотой w, где w=2p¦, а ¦ — частота сети.

Рассмотрим получение кругового вращающегося магнитного поля в случае двухфазной системы (рис. 70).

Рис. 70. Двухфазная система

При пропускании через катушки гармонических токов каждая из них в соответствии с вышесказанным будет создавать пульсирующее магнитное поле.

Векторы ВА и ВВ, характеризующие эти поля, направлены вдоль осей соответствующих катушек, а их амплитуды изменяются также по гармоническому закону.

Если ток в катушке В отстает от тока в катушке А на 900, то ВА= Вmsin(wt) и ВВ= Вmsin(wt-900).

Найдем проекции результирующего вектора магнитной индукции Вна оси x и y декартовой системы координат, связанной с осями катушек:

• при этом для тангенса угла a , образованного этим вектором с осью абсцисс, можно записать
• , откуда a=wt.
• Полученные соотношения показывают, что вектор результирующего магнитного поля неизменен по модулю и вращается в пространстве с постоянной угловой частотой , описывая окружность, что соответствует круговому вращающемуся полю.

Симметричная трехфазная система катушек также позволяет получить круговое вращающееся магнитное поле. Рис. 71. Каждая из катушек А, В и С при пропускании по ним гармонических токов создает пульсирующее магнитное поле. Катушки питаются трехфазной системой токов с временным сдвигом по фазе на 1200. Поэтому для мгновенных значений индукций катушек имеют место соотношения

; ; .

Произведя аналогичные расчеты, получим, что модуль результирующего вектора магнитной индукции равен В=1,5 Вm, и также вращается в пространстве с постоянной угловой частотой ,

Рис. 71. Трехфазная система

Силовые линии вращающегося магнитного поля пересекают ротор двигателя, выполненный, например, в виде алюминиевого стакана.

В материале ротора наводятся вихревые токи, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным потоком статоре и создают движущий момент.

Под действием этого момента ротор начинает раскручиваться и набирает скорость до тех пор, пока движущий момент не будет уравновешен моментом, создаваемым нагрузкой.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя всегда меньше скорости вращения поля, так как в случае их равенства результирующий магнитный поток будет неподвижен относительно ротора, вихревых токов не будет, и, следовательно, не будет движущего момента. Поэтому двигатель называется асинхронным. Величина отставания скорости вращения ротора от скорости вращения поля характеризуется скольжением.

При заторможенном роторе S=1, в идеальном случае при вращении со скоростью поля S=0.

Используются различные конструкции ротора АД. Есть трехфазные АД с фазным ротором, при этом на роторе также намотаны три, пространственно сдвинутых обмотки.

В эти обмотки обычно включают внешние сопротивления (реостаты), которыми ограничивается пусковой ток и может регулироваться скорость вращения ротора.

Двухфазные АД изготавливают с короткозамкнутой обмоткой: в виде беличьего колеса; в виде вала или стакана из проводящего материала. .Рис 72, 73, 74.

Рис. 72. Трехфазный АД с фазным ротором

Рис. 73. Ротор АД в виде беличьей клетки (а) и в виде стакана (б)

7.2. Статические характеристики асинхронного двигателя

Под действием электромагнитной индукции в обмотках или элементах короткозамкнутого ротора («беличьей клетке») индуктируются вторичные ЭДС и токи частоты ω2, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным полем, создается электромагнитный момент M, что приводит к вращению ротора с частотой ω1. Рассмотрим для примера модель двигателя, в которой число пар полюсов p=1.

1. Частота индуцируемых во вторичной обмотке (роторе) ЭДС и токов ω2 зависит от скольжения S:
2. .
3. Эквивалентная схема цепи ротора в рабочем режиме показана на Рис 74.

Рис. 74. Схема цепи ротора АД

Она содержит изменяемый источник ЭДС Eрп·S и изменяемое индуктивное сопротивление xр=xрп·S. Они изменяются при изменении скольжения S (частоты вращения), а активное сопротивление Rp не изменяется.

Мы можем привести рабочий режим двигателя к режиму неподвижного ротора и рассматривать асинхронную машину как обычный трансформатор с неподвижными обмотками; в результате преобразования получаем эквивалентную схему. АД, с учетом параметров обмотки статора.

Рис. 75. Эквивалентная электрическая схема АД

На схеме обозначены: — приведенные сопротивления, n- коэффициент трансформации, а r1- активное сопротивление цепи статора. На основании этой схемы получим выражение для тока ротора

Выражение для вращающегося момента можем получить из энергетического уравнения M·ω1= M·ω+m1·Ip2·Rp, где m1- количество фаз. Левая часть уравнения — электромагнитная мощность, а правая — механическая плюс электрическая мощности.

• Подставляя сюда выражения для тока ротора, получим аналитическое выражение для электромагнитного момента и, если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, получается уравнение Клосса, отражающее зависимость электромагнитного момента от скольжения. Выражение для момента двигателя представлено через параметры критической точки:
• .
• Скольжение, соответствующее максимальному моменту, называется критическим и обозначается SK или SM.

Критическое скольжение за зависит от соотношение активного и индуктивного сопротивлений ротора. При r1=0 получим и .

Вид зависимости электромагнитного момента и тока ротора от скольжения показан на. рис. 76.

Рис. 76. Зависимость электромагнитного момента АД от скольжения

Пусть исполнительный механизм, приводимый во вращение данным двигателем, создает противодействующий тормозной момент М2. На рис. 76 имеются две точки, для которых справедливо равенство Мэм = М2; это точки а и в.

В точке а двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие Мэм = М2;.

В точке в работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку а.

Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть — областью неустойчивой работы.

Точка б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы.

Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение Sk. Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М2 больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным. Еще выводы:

• величина максимального вращающего момента не зависит от активного сопротивления цепи ротора;
• с увеличением активного сопротивления цепи ротора максимальный вращающий момент, не изменяясь по величине, смещается в область больших скольжений;
• вращающий момент пропорционален квадрату напряжения сети.

Механической характеристикой асинхронного двигателя называется зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу n2 = f (M2). Механическую характеристику получают при условии U — const, w1 — const. На рис. 77 изображена типичная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Рис. 77. Механическая характеристика асинхронного двигателя

На механической характеристике АД можно выделить два участка, которые разделены значением Мкр:

• режим устойчивой работы,
• режим неустойчивой работы.

Для каждого двигателя есть свое значение Мкр. При работе двигателя на первом участке Мкр.< Мн Мн происходит торможение и двигатель останавливается.

Различают 3 статических режима работы:

• Двигательный. В этом режиме направление вращения ротора и поля совпадают и . wpw. Это возможно, если момент нагрузки поменяет знак. Двигатель не потребляет, а отдает энергию.
• Режим торможения противовключением. Реализуется, если в обмотке управления изменится фаза на 1800, после этого вращающий момент поменяет знак и будет тормозить ротор.

7.3. Управление асинхронными двигателями

Есть различные способы управления асинхронными двигателями:

• параметрическое управления трехфазными асинхронными двигателями.
• симметричное частотное управление,
• несимметричное амплитудно–фазовое управление,

7.3.1. Управление трехфазными асинхронными двигателями

1. Рассмотрим сначала способы управления трехфазными асинхронными двигателями. Первый способ используется для двигателей с фазным ротором. Критическое скольжение Skr определяется активным сопротивлением ротора Rr. Если Rr изменять, то будет изменяться наклон механической характеристики и соответственно скорость вращения ротора. Рис.78..

Рис. 78. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Такой способ используется при пуске двигателя под нагрузкой, когда желательно, чтобы пусковой момент был максимальным. Для регулирования он применяется редко, т. к. велики тепловые потери в роторной цепи.

Другим способом регулирования скорости является изменение напряжения на статоре, для АД вращающий момент изменяется пропорционально квадрату напряжения.

При этом изменение напряжения питания мало влияет на частоту вращения ротора на рабочем участке и диапазон управления напряжением весьма ограничен.

2. Плавное регулирование скорости в широких пределах с сохранением достаточной жесткости характеристик возможно только при частотном управлении..

Изменяя частоту вращения поля ω1, можно изменять частоту вращения ротора ω при этом желательно, чтобы. жесткость характеристики не изменялась.

Для этого одновременно с частотой, изменяют напряжение питания Uc так, чтобы их отношение оставалось постоянным Uc/w1=const.

Такое управление называется пропорциональным частотным управлением. Вид механических характеристик при пропорциональном управлении показан на рис. 79.

Рис. 79. Частотное управление асинхронным двигателем

При симметричном частотном управлении требуется специальное устройство преобразователь частоты, формирующий на выходе синусоидальный сигнал с изменяемой частотой w. Поле при этом управлении круговое, амплитуды на обмотках равны.

Диапазон частот должен быть ограничен, так как при низких частотах падает индуктивное сопротивление обмоток и сильно растет ток, для высоких частот тоже существуют конструктивные и электрические ограничения.

Поэтому при частотном управлении на самом деле идет управление по двум параметрам: частоте и амплитуде.

Функциональная схема частотного управления представлена на. на рис. 80. Она состоит из управляемого выпрямителя УВ, преобразующего напряжение переменного тока частотой 50 Гц в напряжение постоянного тока Uп, величина которого может регулироваться устройством управления УУ.

Автономный инвертор АИ преобразует напряжение Uп в трехфазное напряжение изменяемой частоты f1. Управляющее устройство, изменяя частоту f1в в зависимости от задания ωз, изменяет также и напряжение Uп так, чтобы их отношение оставалось постоянным.

Система управления может иметь обратную связь по скорости вращения через тахогенератор ТГ.

Более совершенным, чем пропорциональное управление, является частотно-токовое управление, при котором контролируется, кроме частоты вращения, ток якоря от датчика, что позволяет оставлять постоянным поток при изменении частоты f1 и нагрузки.

Рис. 80. Функциональная схема частотного управления асинхронным двигателем

7.3.2. Управление двухфазными асинхронными двигателями

В исполнительных приводах малой мощности широко в основном используются управляемые и неуправляемые двухфазные асинхронные двигатели.

Эти , двигатели имеют две обмотки: одна включается в сеть непосредственно и называется обмоткой возбуждения (главной).

На обмотку управления (вспомогательную), сдвинутую на статоре на90o градусов напряжение подается через фазосдвигающий элемент. Ротор всегда короткозамкнутый.

При таком способе управления есть разные варианты: амплитудное, фазовое и амплитудно–фазовое управление. При этих способах. на второй обмотке можно менять амплитуду напряжения, его фазу или оба параметра одновременно.

При этом поле превращается из кругового в эллиптическое. При этом наряду с напряжениями и токами прямой последовательности фаз, создающими двигательный режим, возникает напряжение и токи обратной последовательности, вызывающие торможение.

Таким образом, меняя степень асимметрии, можно регулировать скорость двигателя. Рис.81.

Рис. 81. Конденсаторный и управляемый двухфазные АД

При Uy=0, получим пульсирующее поле и w=0. Наиболее распространенным способом является конденсаторное управление. Чаще всего используется амплитудное несимметричное управление, когда UB=UC, а Uγ=α·Uc, где α меняется от 0 до 1. Можно получить выражения для вращающего момента при амплитудном управлении, аналогичное уравнению Клосса.

При симметрии напряжений, когда α=1, из этого уравнения получим нормальное уравнение выражение для асинхронной машины Так как в двухфазных двигателях SM>1, то при α=0, т.е. при отключении обмотки управления двигатель тормозится, и останавливается при S=1.

Механические и регулировочные характеристики асинхронного двигателя. нелинейны. Их заменяют в рабочей области прямыми:

1. M = b1U-b2w.
2. Коэффициенты b1 и b2 определяют по паспортным данным АД. В момент пуска М =Мп, w = 0, поэтому
3. Мп = b1∙Un и b1 = Мн/Un.
4. Для номинального режима аналогично получим, учитывая , что PN = MN∙wN,
5. MN = Мп -b2∙ wN и b2∙ = (Мп -MN)/wN.
6. Мы получим уравнение линеаризованной механической характеристики :
7. w = (b1/ b2)∙U—M/ b2.

Механические и регулировочные характеристики асинхронного двигателя показаны на рис. 82.

Рис. 82. Механическая и регулировочная характеристики двухфазного АД

После линеаризации асинхронный двигатель может быть представлен как линейная динамическая система, описываемая следующими уравнениями (bw = b1, bu = b2):

.

Рассмотрим случай, когда сухое трение отсутствует и есть только скоростное трение, то есть МТ = F∙w. Заменив . и проведя преобразования получим:

• .
• Отсюда выражение для передаточной функции
• , где коэффициент передачи и электромеханическая постоянная времени

Этой передаточной функции соответствует структурная схема и переходный процесс, представленные на рис. 83.

Рис. 83. Структурная схема и переходный процесс АД

Механическая характеристика асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель преобразовывает электрическую энергию в механическую. Механическая характеристика асинхронного двигателя, электромеханическая и другие содержат информацию, без которой невозможна его правильная эксплуатация.

Эта конструкция достаточно широко применяется в различных сферах человеческой жизнедеятельности. Без них немыслима работа станков, транспортеров, подъемно-транспортных машин. Двигатели, обладающие небольшой мощностью, широко используются в автоматике.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Устройство асинхронной машины

Схематичное устройство асинхронной машины

Классическая асинхронная машина состоит из 2 основных частей: ротора (подвижной) и статора (неподвижной). Три отдельные фазы составляют обмотку статора. С1, С2 и С3 — обозначения начала фаз.

С3, С4 и С5 — соответственно концы фаз. Все они подсоединены к клеммному разъему по схеме звезда или треугольник, что показано на рисунках а, б, в.

Схему выбирают учитывая паспортные данные двигателя и сетевое напряжение.

Статор создает внутри электродвигателя магнитное поле, которое постоянно вращается.

Ротор различают короткозамкнутый и фазный.

В короткозамкнутом скорость вращения не регулируется. Конструкция с ним проще и дешевле. Однако пусковой момент у него слишком мал по сравнению с машинами, у которых фазный ротор. Здесь скорость вращения регулируется за счет возможности ввода дополнительного сопротивления.

Принцип работы асинхронной машины

Подавая напряжение на обмотку статора, по каждой фазе можно наблюдать изменяющиеся магнитные потоки, которые по отношению друг к другу смещены на 120 градусов. Общий результирующий поток получается вращающимся и создает ЭДС внутри проводников ротора.

Там появляется ток, который во взаимодействии с результирующим потоком создает пусковой момент. Это приводит к вращению ротора.

Возникает скольжение S, т. е. разность между частотой вращения самого ротора n2 и частотой магнитного поля статора n1. Первоначально оно равно 1. Впоследствии частота возрастает, разность n1 – n2 уменьшается. Это ведет к уменьшению вращающего момента.

На холостом ходу скольжение минимально. Оно достигает критического значения Sкр, когда увеличивается статический момент. Превышение Sкр ведет к нестабильной работе машины.

Механическая характеристика

Как основная, помогает проводить детальный анализ работы электродвигателя. Она выражает непосредственную зависимость частоты вращения самого ротора от электромагнитного момента n=f (M).

Из графика видно, что на участке 1-3 машина работает устойчиво. 3-4 — непосредственный отрезок неустойчивой работы. Идеальный холостой ход соответствует точке 1.

Точка 2 — номинальный режим работы. Точка 3 — частота вращения достигла критического значения. Пусковой момент Мпуск — точка 4.

Параметры асинхронного двигателя

Для того чтобы определить возможности и способ применения асинхронного двигателя, необходимо знать его характеристики. Полный список параметров можно найти в справочнике, каталоге или обратиться на завод изготовитель. Наиболее важные данные приводятся в паспорте двигателя. Паспорт, часто его называют «шильдик», двигателя представляет собой небольшую металлическую табличку, прикрепленную к корпусу двигателя.

Номинальные параметры двигателя это параметры, которые двигатель сможет выдерживать в течении всего срока эксплуатации. К номинальным (паспортным) данным двигателя относятся:

• Мощность на валу или механическая Рн;
• Напряжение обмотки статора Uн;
• Ток статора Iн;
• Частота напряжения сети fн;
• Частота или скорость вращения ротора nн, об/мин;
• Номинальный КПД ηн;
• Коэффициент мощности cos φн;

В паспорте АД обычно приводят два значения напряжения, например 380/220 В. Меньшее значение напряжения (220 В) это фазное напряжение обмотки статора. Большее значение напряжения относится к соединению обмотки статора в звезду, меньшее в треугольник. Соответственно указывают два значения тока статора. В каталогах приводят также:

• Кратность пускового тока Iп/Iн;
• Кратность пускового момента μп= Мп/Мн;
• Кратность максимального момента μм = Mм/Мн;

Кратность максимального момента называется перегрузочной способностью двигателя. Для АД с фазным ротором указывают на паспорте также напряжение между контактными кольцами при разомкнутой обмотке ротора U2н и номинальный ток в обмотке ротора I2н. Величина, характеризующая степень отставания скорости вращения ротора АД n от синхронной скорости n1 называется скольжением.

Скольжение иногда выражают в процентах:

Скорость вращения ротора, об/мин:

Номинальной скорости вращения двигателя nн соответствует номинальное скольжение Sн, которое составляет несколько процентов.

Следовательно, скорость вращения ротора в номинальном режиме весьма близка к синхронной.

Приведем для примера соотношения синхронной и номинальных скоростей серийных двигателей n1/n : 3000/2970, 1500/1460, 1000/970 и т.д. Частота электродвижущей силы ЭДС, наведенной в роторе, и тока ротора, Гц:

Если обмотки статора и ротора имеют соответственно числа витков W1, и W2 и обмоточные коэффициенты K1, и K2, то для ЭДС получим следующие соотношения:

для ЭДС, наведенной в обмотке статора, В:

для ЭДС, наведенной в обмотке ротора в момент пуска, В:

для ЭДС, наведенной в обмотке ротора при его вращении, В:

Как видно из последнего соотношения, чем выше скорость вращения ротора (т.е. чем меньше скольжение), тем меньше ЭДС, наводимая в его обмотке. И напротив, наибольшая ЭДС наводится в роторе в момент пуска, когда ротор еще неподвижен, а скольжение равно 1. Этому режиму соответствует пусковой ток, который превышает номинальный ток серийных АД в 5-7 раз.

Двигатель, подключенный к сети, потребляет из нее активную и реактивную мощности. Активная мощность идет на создание полезной механической мощности на валу и покрытие потерь в двигателе: на нагрев обмоток, потери в стали, механические потери.

Активная мощность двигателя, Вт:

Механическая мощность на валу двигателя, Вт:

• Где М — вращающий момент двигателя.
• Реактивная мощность двигателя идет на намагничивание машины или создание вращающегося магнитного поля, вар:
• Полная мощность двигателя, ВА:
• Вращающий момент двигателя, Нм:
• Или
• Где m2 -число фаз обмоток ротора;
• R2 -активное сопротивление обмотки ротора;
• I2-ток ротора;
• С-постоянная машины (С=2.13p1w1k1);

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Под потерей фазы понимают однофазный режим работы электродвигателя в результате отключения питания по одному из проводов трехфазной системы.

Причинами потери фазы электродвигателем могут быть: обрыв одного из проводов, сгорание одного из предохранителей; нарушение контакта в одной из фаз.

В зависимости от обстоятельств, при которых произошла потеря фазы, могут быть разные режимы работы электродвигателя и последствия, сопутствующие этим режимам.

При этом следует принимать во внимание следующие факторы: схему соединения обмоток электродвигателя («звезда» или «треугольник»), рабочее состояние двигателя в момент потери фазы (потеря фазы может произойти до или после включения двигателя, во время работы под нагрузкой), степень загрузки двигателя и механическую характеристику рабочей машины, число электродвигателей, работающих при потере фазы, и их взаимное влияние.

Здесь следует обратить внимание на особенность рассматриваемого режима. В трехфазном режиме каждая фаза обмотки обтекается током, сдвинутым во времени на одну треть периода.

При потере фазы две обмотки обтекаются одним и тем же током, в третьей фазе ток отсутствует.

Несмотря на то, что концы обмоток присоединены к двумя фазным проводам трехфазной системы, токи в обеих обмотках совпадают по времени. Такой режим работы называется однофазным.

Магнитное поле, образованное однофазным током, в отличие от вращающегося поля, образованного трехфазной системой токов, является пульсирующим.

Оно изменяется во времени, но не перемещается по окружности статора. На рисунке 1, а показан вектор магнитного потока, создаваемого в двигателе при однофазном режиме.

Этот вектор не вращается, а лишь изменяется по величине и знаку. Круговое поле сплющивается до прямой линии.

Рисунок 1. Характеристики асинхронного двигателя в однофазном режиме: а — графическое изображение пульсирующего магнитного поля; б — разложение пульсирующего поля на два вращающихся; в — механические характеристики асинхронного двигателя в трехфазном (1) и однофазном (2) режимах работы.

Пульсирующее магнитное поле можно рассматривать состоящим из двух вращающихся навстречу друг другу равных по величине полей (рис. 1, б). Каждое поле взаимодействует с обмоткой ротора и образует вращающий момент. Их суммарное действие создает вращающий момент на валу двигателя.

В том случае, когда потеря фазы произошла до включения двигателя в сеть, на неподвижный ротор действуют два магнитных поля, которые образуют два противоположных по знаку, но равных по величине момента. Их сумма будет равна нулю. Поэтому при пуске двигателя в однофазном режиме он не может развернуться даже при отсутствии нагрузки на валу.

Если потеря фазы произошла в то время, когда ротор двигателя вращался, то на его валу образуется вращающий момент. Это можно объяснить следующим образом. Вращающийся ротор по разному взаимодействует с вращающимися навстречу друг другу полями.

Одно из них, вращение которого совпадает с вращением ротора, образует положительный (совпадающий по направлению) момент, другое — отрицательный. В отличие от случая с неподвижным ротором эти моменты будут разными по величине.

Их разность будет равна моменту на валу двигателя.

На рисунке 1, в показана механическая характеристика двигателя в однофазном и трехфазном режимах работы. При нулевой скорости момент равен нулю, при появлении вращения в любую сторону на валу двигателя возникает момент.

Если отключение одной из фаз произошло во время работы двигателя, когда его скорость была близка к номинальному значению, вращающий момент часто бывает достаточным для продолжения работы с небольшим снижением скорости.

В отличие от трехфазного симметричного режима появляется характерное гудение. В остальном внешние проявления аварийного режима не наблюдаются.

Человек, не имеющий опыта работы с асинхронными двигателями, может не заметить изменения характера работы электродвигателя.

Переход электродвигателя в однофазный режим сопровождается перераспределением токов и напряжений между фазами.Если обмотки двигателя соединены по схеме «звезда», то после потери фазы образуется схема, показанная на рисунке 2. Две последовательно соединенные обмотки двигателя оказываются включенными на линейное напряжение Uаb, двигатель при этом оказывается в однофазном режиме работы.

Сделаем небольшой расчет, определим токи, протекающие по обмоткам двигателя и сравним их с токами при трехфазном питании.

Рисунок 2. Соединение обмоток двигателя по схеме «звезда» после потерн фазы

Так как сопротивления Zа и Zв соединены последовательно, напряжения на фазах А и В будут равны половине линейного:

Приближенно величину тока можно определить исходя из следующих соображений.

Пусковой ток фазы А при потере фазы

Пусковой ток фазы А при трехфазном режиме

где Uao — фазовое напряжение сети.

Отношение пусковых токов:

Из соотношения следует, что при потере фазы пусковой ток составляет 86% от величины пускового тока при трехфазном питании.

Если учесть, что пусковой ток короткозамкнутого асинхронного двигателя в 6 — 7 раз больше номинального, то получается, что по обмоткам двигателя протекает ток Iiф = 0,86 х 6 = 5,16 Iн, т. е.

в пять с лишним раз превышающий номинальный. За короткий промежуток времени такой ток перегреет обмотку.

Из приведенного расчета видно, что рассматриваемый режим работы весьма опасен для двигателя и в случае его возникновения защита должна отключить с незначительной выдержкой времени.

Потеря фазы может произойти и после включения двигателя, когда его ротор будет иметь скорость вращения, соответствующую рабочему режиму. Рассмотрим токи и напряжения обмоток в случае перехода в однофазный режим при вращающемся роторе.

Величина Za зависит от скорости вращения. При пуске, когда скорость вращения ротора равна нулю, она одинакова как для трехфазного, так и для однофазного режима. В рабочем режиме в зависимости от нагрузки и механической характеристики двигателя скорость вращения может быть разной. Поэтому для анализа токовых нагрузок необходим другой подход.

Будем считать, что как в трехфазном, так и в однофазном режиме двигатель развивает. одинаковую мощность. Независимо от схемы включения электродвигателя рабочая машина требует ту же самую мощность, которая необходима для выполнения технологического процесса.

Полагая мощности на валу двигателя равными для обоих режимов, будем иметь:

при трехфазном режиме

при однофазном режиме

где Ua — фазовое напряжение сети; Uao — напряжение на фазе А в однофазном режиме, cos φ3 и cos φ1 — коэффициенты мощности при трехфазном и однофазном режимах соответственно.

Опыты с асинхронным двигателем показывают, что фактически ток возрастает почти вдвое. С некоторым запасом можно считать I1a / I2a = 2.

Для того чтобы судить о степени опасности однофазного режима работы, нужно также знать загрузку двигателя.

В первом приближении будем считать ток электродвигателя в трехфазном режиме пропорциональным его нагрузке на валу. Такое допущение справедливо при нагрузках более 50% от номинального значения. Тогда можно написать Iф = Kз х Iн, где Kз — коэффициент загрузки двигателя, Iн — номинальный ток двигателя.

Ток при однофазном режиме I1ф = 2Kзх Iн, т. е. ток при однофазном режиме будет зависеть от загрузки двигателя. При номинальной нагрузке он равен двойному номинальному току. При нагрузке менее 50% потеря фазы при соединении обмоток двигателя в «звезду» не создает опасного для обмоток превышения тока.

В большинстве случаев коэффициент загрузки двигателя меньше единицы. При его значениях порядка 0,6 — 0,75 следует ожидать небольшого превышения тока (на 20— 50%) по сравнению с номинальным. Это существенно для работы защиты, так как именно в этой области перегрузок она действует недостаточно четко.

Для анализа некоторых способов защиты необходимо знать напряжение на фазах двигателя. При заторможенном роторе напряжение на фазах А и В будет равно половине линейного напряжения Uab, а напряжение на фазе С будет равно нулю.

Иначе распределяется напряжение при вращающемся роторе. Дело в том, что его вращение сопровождается образованием вращающегося магнитного поля, которое, действуя на обмотки статора, наводит в них электродвижущую силу.

Величина и фаза этой электродвижущей силы таковы, что при скорости вращения, близкой к синхронной, на обмотках восстанавливается симметричная система трехфазного напряжения, а напряжение нейтрали звезды (точка 0) становится равным нулю.

Таким образом, при изменении скорости вращения ротора от нуля до синхронной в однофазном режиме работы напряжение на фазах А и В изменяется от значения, равного половине линейного, до значения, равного фазовому напряжению сети. Например, в системе напряжения 380/220 В напряжение на фазах А и В изменяется в пределах 190 — 220 В.

Напряжение Uco изменяется от нуля при заторможенном роторе до фазового напряжения 220 В при синхронной скорости. Что же касается напряжения в точке 0, то оно изменяется от значения Uab/2 — до нуля при синхронной скорости.

Если обмотки двигателя соединены по схеме «треугольник», то после потери фазы мы будем иметь схему соединений, показанную на рисунке 3. В этом случае обмотка двигателя с сопротивлением Zab оказывается включенной на линейное напряжение Uab, а обмотка с сопротивлениями Zfc и Zbc — соединенной последовательно и включенной на то же самое линейное напряжение.

• Рисунок 3. Соединение обмоток электродвигателя по схеме «треугольник» после потери фазы
• В пусковом режиме по обмоткам АВ будет протекать такой же ток, как и при трехфазном варианте, а по обмоткам АС и ВС будет протекать ток в два раза меньший, так как эти обмотки соединены последовательно.
• Токи в линейных проводах I'a=I'b будут равны сумме токов в параллельных ветвях: I'А = I'ab + I'bc = 1,5 Iab
• Таким образом, в рассматриваемом случае при потере фазы пусковой ток в одной из фаз будет равен пусковому току при трехфазном питании, а линейный ток возрастает менее интенсивно.

Для расчета токов в случае потери фазы после включения двигателя в работу применим тот же метод, что и для схемы «звезда». Будем считать, что как в трехфазном, так и в однофазном режимах двигатель развивает одинаковую мощность.

В этом режиме работы ток в наиболее нагруженной фазе при потере фазы увеличивается вдвое по сравнению с током при трехфазном питании. Ток в линейном проводе будет равен I'А = 3Iab, а при трехфазном питании Ia = 1,73 Iab.

Здесь важно отметить, что в то время как фазовый ток возрастает в 2 раза, линейный ток увеличивается только в 1,73 раза. Это существенно, так как токовая защита реагирует на линейные токи. Расчеты и выводы относительно влияния коэффициента загрузки на ток однофазного режима при соединении «звезда» остаются в силе и для случая схемы «треугольник».

Напряжения на фазах АС и ВС будут зависеть от скорости вращения ротора. При заторможенном роторе Uac' = Ubc' = Uab/2

При скорости вращения, равной синхронной, восстанавливается симметричная система напряжений, т. е. Uac' = Ubc' = Uab.

Таким образом, напряжения на фазах АС и ВС при изменениях скорости вращения от нуля до синхронной будут меняться от значения, равного половине линейного, до значения, равного линейному напряжению. 

Токи и напряжения на фазах двигателя при однофазном режиме зависят также и от числа двигателей.

Часто обрыв фазы происходит из-за перегорания одного из предохранителей на питающем фидере подстанции или распределительного устройства. В результате в однофазном режиме оказывается группа потребителей, взаимно влияющих друг на друга.

Распределение токов и напряжений зависит от мощности отдельных двигателей и их нагрузки. Здесь возможны различные варианты.

Если мощности электродвигателей равны, а их нагрузка одинакова (например, группа вытяжных вентиляторов), то всю группу двигателей можно заменить одним эквивалентным.

Как определить ток электродвигателя – таблица токов

Определение:

Номинальный ток — это допустимые производителем рабочий ток трехфазного электродвигателя для токопроводящих деталей и нагрева изоляции, при котором электромеханическое устройство работает продолжительное время без перегрева обмотки.

Пусковой ток — это потребляемый электрическим устройством максимальный входной импульсный ток при запуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Вот почему, пусковые токи электродвигателей больше номинальных и могут превышать их в несколько и более раз.

Ток холостого хода электродвигателя — это режим работы без нагрузки на валу от присоединяемого привода.

В данном режиме потребляется меньше электрической энергии и поэтому исключено повышение температур выше заявленных изготовителем, что позволит провести диагностику и определить исправность устройства.

Ток асинхронного двигателя на холостом ходу в зависимости от мощности и оборотов электромотора составляет 20 — 95% от номинального.

Для того чтобы самостоятельно определить ток электродвигателя без измерений нужно на корпусе устройства найти информационную табличку о токах, мощности, оборотах и напряжению. Если шильдик поврежден — найдите паспорт электромотора. В нем производитель указывает основные параметры: номинальные и пусковые токи асинхронного двигателя.

Если информация по характеристикам отсутствует и найти ток нагрузки электродвигателя не получилось, воспользуйтесь статьей — как определить мощность и обороты электродвигателя без бирки.

Как определить ток электродвигателя если известна мощность?

Как найти номинальный ток двигателя

Зная паспортную мощность, не составит труда рассчитать значения токов электродвигателя. Допустим, нам не известен номинальный ток двигателя 45 кВт – как в таком случае определить ток двигателя по мощности? При подключении к трехфазной сети 380 Вольт определение тока производится по формуле точного расчета:

Iн = 45000/√3(380*0,92*0,85) = 45000/514,696 = 87,43А

• Iн — сила тока асинхронного двигателя
• Pн — номинальная мощность двигателя 45 киловатт
• √3 — квадратный корень из трех = 1,73205080757
• Uн — напряжение сети 380В
• η — коэффициент полезного действия 92% (в расчетах 0,92)
• сosφ — коэффициент мощности 0,85

Как определить номинальный ток электродвигателя, если коэффициент мощности и КПД неизвестны? В этой ситуации, найти номинальный ток двигателя с небольшой погрешностью мы сможем по соотношению – два ампера на одни киловатт. Определить силу тока электродвигателя используя формулу:

Как определить пусковой ток двигателя

Пусковые токи электродвигателей, можно найти и рассчитать по формуле:

• Iп — значение тока при запуске асинхронного двигателя, которое необходимо узнать
• Iн — уже рассчитанный номинальный ток
• К — кратность пускового тока двигателя (найти в паспорте)

Как определить ток электродвигателей АИР?

Если известна маркировка, например у электромотора АИР200L4 Iн = 84,9 Ампер, а соотношение тока Iп/Iн = 7,2. Найдите значение токов в таблицах:

Пусковые токи асинхронного двигателя 3000 об/мин – таблица 1

Электродвигатель	Iн, А	Iп/Iн	Мотор	Iн, А	Iп/Iн
АИР56A2	0,5	5,3	АИР160M2	34,7	7,5
АИР56B2	0,73	АИР180S2	41
АИР63А2	1	5,7	АИР180M2	55,4
АИР63B2	2,05	АИР200M2	67,9
АИР71A2	1,17	6,1	АИР200L2	82,1
АИР71B2	2,6	6,9	АИР225M2	100,0
АИР80A2	3,46	7	АИР250S2	135	7
АИР80B2	4,85	АИР250M2	160	7,1
АИР90L2	6,34	7,5	АИР280S2	195	6,6
АИР100S2	8,2	АИР280M2	233	7,1
АИР100L2	11,1	АИР315S2	277
АИР112M2	14,9	АИР315M2	348
АИР132M2	21,2	АИР355S2	433
АИР160S2	28,6	АИР355M2	545

Пусковые токи электродвигателей 1500 об/мин – таблица 2

Двигатель	Iн, А	Iп/Iн	Электромотор	Iн, А	Iп/Iн
АИР56A4	0,5	4,6	АИР160S4	30	7,5
АИР56B4	0,7	4,9	АИР160M4	36,3
АИР63A4	0,82	5,1	АИР180S4	43,2
АИР63B4	2,05	АИР180M4	57,6	7,2
АИР71A4	1,17	5,2	АИР200M4	70,2
АИР71B4	2,05	6	АИР225M4	103
АИР80A4	2,85	АИР250S4	138,3	6,8
АИР80B4	3,72	АИР250M4	165,5
АИР90L4	5,1	7	АИР280S4	201	6,9
АИР100S4	6,8	АИР280M4	240
АИР100L4	8,8	АИР315S4	288
АИР112M4	11,7	АИР315M4	360
АИР132S4	15,6	АИР355S4	360
АИР132M4	22,5	АИР355M4	559

Номинальный ток двигателя 1000 об/мин – таблица 3

Электродвигатель	Iн, А	Iп/Iн	Мотор	Iн, А	Iп/Iн
АИР63A6	0,8	4,1	АИР160M6	31,6	7
АИР63B6	1,1	4	АИР180M6	38,6
АИР71A6	1,3	4,7	АИР200M6	44,7
АИР71B6	1,8	АИР200L6	59,3
АИР80A6	2,3	5,3	АИР225M6	71
АИР80B6	3,2	5,5	АИР250S6	86
АИР90L6	4	АИР250M6	104
АИР100L6	5,6	6,5	АИР280S6	142	6,7
АИР112MA6	7,4	АИР280M6	169
АИР112MB6	9,75	АИР315S6	207
АИР132S6	12,9	АИР315M6	245
АИР132M6	17,2	АИР355S6	292
АИР160S6	24,5	АИР355M6	365

Номинальные токи электродвигателей 750 об/мин – таблица 4

Эл двигатель	Iн, А	Iп/Iн	Электромотор	Iн, А	Iп/Iн
АИР71B8	1,1	3,3	АИР180M8	34,1	6,6
АИР80A8	1,49	4	АИР200M8	41,1
АИР80B8	2,17	АИР200L8	48,9
АИР90LA8	2,43	АИР225M8	60	6,5
АИР90LB8	3,36	5	АИР250S8	78	6,6
АИР100L8	4,4	АИР250M8	92
АИР112MA8	6	6	АИР280S8	111	7,1
АИР112MB8	7,8	АИР280M8	150	6,2
АИР132S8	10,3	АИР315S8	178	6,4
АИР132M8	13,6	АИР315M8	217
АИР160S8	17,8	АИР355S8	261
АИР160M8	25,5	6,5	—	—	—

 * Для перехода ко всем характеристикам товара — нажмите на маркировку.

Ток холостого хода асинхронного двигателя – таблица 5

Мощность электродвигателя, кВт	Процентное соотношение от номинального тока
Токи асинхронного двигателя на холостом ходу при известной частоте вращения вала, об/мин
3000	1500	1000	750	600	500
0,12 — 0,55	60	75	85	90	95	—
0,75 — 1,5	50	70	75	80	85	90
2,2 — 5,5	45	65	70	75	80	85
7,5 — 11	40	60	65	70	75	80
15 — 22	30	55	60	65	70	75
30 — 55	20	50	55	60 %	65	70
75 — 110	20	40	45	50	55	60

Чтобы рассчитать ток при холостом ходе двигателя 55 кВт — в правой колонке таблице найдите нужную мощность, а в левом номинальную скорость вращения, например 750 оборотов. Руководствуясь данными из таблицы токов холостого хода мы получаем значение в 60 процентов от номинального. Итого: ток холостого хода будет равен 4,26 Ампер.

Не получилось определить силу тока двигателя?

Если у Вас не получилось самостоятельно рассчитать ток трехфазного электродвигателя или Вы не смогли найти мотор из каталога с нужными параметрами — обратитесь к нам для получения бесплатной консультации. Мы всегда готовы помочь правильно подобрать и купить электродвигатель АИР под технический процесс Вашего производства.