Как узнать момент инерции двигателя

Содержание
  1. Что можно узнать о электродвигателе, зная его каталожные данные
  2. Электродвигатели
  3. Конструкция электродвигателя
  4. Принцип работы электродвигателя
  5. Классификация электродвигателей
  6. Типы электродвигателей
  7. Коллекторные электродвигатели
  8. Универсальный электродвигатель
  9. Коллекторный электродвигатель постоянного тока
  10. Бесколлекторные электродвигатели
  11. Асинхронный электродвигатель
  12. Cинхронный электродвигатель
  13. Специальные электродвигатели
  14. Серводвигатель
  15. Основные параметры электродвигателя
  16. Момент электродвигателя
  17. Мощность электродвигателя
  18. Механическая мощность
  19. Коэффициент полезного действия электродвигателя
  20. Частота вращения
  21. Момент инерции ротора
  22. Номинальное напряжение
  23. Электрическая постоянная времени
  24. Механическая характеристика
  25. Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей
  26. Области применения электродвигателей

Что можно узнать о электродвигателе, зная его каталожные данные

Каталоги асинхронных двигателей содержат все необходимые данные для выбора двигателей.

В каталогах указываются: типоразмер двигателя, номинальная мощность для режима S1 (длительный режим), частота вращения при номинальной мощности, ток статора при номинальной мощности, коэффициент полезного действия при номинальной мощности, коэффициент мощности при номинальной мощности, кратность начального пускового тока, т. е. отношение начального пускового тока к номинальному, или кратность пусковой мощности, т. е. отношение полной мощности при пуске к номинальной мощности, кратность начального пускового момента, кратности минимального момента, динамический момент инерции ротора.

Кроме этих данных, относящихся к номинальному или пусковому режимам, в каталогах сообщаются более подробные данные об изменении КПД и коэффициента мощности при изменении нагрузки на валу электродвигателя. Эти данные приводятся в табличной или графической форме. Пользуясь этими данными, можно рассчитать также ток статора и скольжение при различных значениях нагрузки на валу.

В каталогах указываются также размеры, необходимые для установки двигателя на объекте и присоединения его к питающей сети.

На различных этапах создания, распределения, установки, эксплуатации и ремонта двигателей требуется различная детальность описания. Для большинства целей достаточна детализация на уровне типоразмера. Каталожное описание типоразмера двигателей серий 4А и АИ содержит признаки, обозначаемые максимально 24 символами.

Примеры. 4А160М4УЗ — асинхронный двигатель серии 4А, со степенью защиты IP44, станина и щиты чугунные, высота оси вращения 160 мм, выполнен в станине средней длины М, четырехполюсный, предназначен для эксплуатации в умеренном климате, категория размещения 3.

4АА56В4СХУ1 — асинхронный двигатель серии 4А со степенью защиты IP44, станина и щиты алюминиевые, высота оси вращения 56 мм, имеет длинный сердечник, четырехполюсный, сельскохозяйственная модификация по условиям окружающей среды, предназначен для эксплуатации в умеренном климате, категория размещения 1.

Номинальной мощностью двигателя называют механическую мощность на валу в режиме работы, для которого он предназначен предприятием-изготовителем.

Ряд номинальных мощностей электродвигателей: 0,06; 0,09; 0,12; 0,18; 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,7; 5,5; 7,5; 11; 15; 18,5; 22; 30; 37; 45; 55; 75; 90; 110; 132; 160; 200; 250; 315; 400 кВт.

Предельно допустимая мощность двигателя может изменяться при изменении режима работы, температуры охлаждающего агента и высоты установки над уровнем моря.

Двигатели должны сохранять номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах ±5 % при номинальной частоте сети и при отклонениях частоты сети в пределах ±2,5 % при номинальном напряжении. При одновременном отклонении напряжения и частоты сети от номинальных значений двигатели должны сохранять номинальную мощность, если сумма абсолютных отклонений не превосходит 6 % и каждое из отклонений не превышает нормы.

Синхронная частота вращения электродвигателя

Ряд синхронных частот вращения асинхронных двигателей установлен ГОСТ и при частоте сети 50 Гц имеет следующие значения: 500, 600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Динамический момент инерции ротора электродвигателя

Мерой инерционности тела при вращательном движении является момент инерции, равный сумме произведений масс всех точечных элементов на квадрат их расстояний от оси вращения. Момент инерции ротора асинхронного двигателя равен сумме моментов инерции многоступенчатого вала, сердечника, обмотки, вентилятора, шпонки, вращающихся частей подшипников качения, обмоткодержателей и нажимных шайб для фазного ротора и т. д.

Крепление электрических электродвигателей на объекте производится посредством лап, фланцев или лап и фланцев одновременно.

Установочные размеры асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором на лампах (а) и с флянцем (б)

Электрические электродвигатели на лапах имеют четыре главных установочных размера:

h(H) — расстояние от оси вала до опорной поверхности лап (основной размер),

b10 (A) — расстояние между осями крепительных отверстий,

l10 (B) — расстояние между осями крепительных отверстий (боковой вид),

l31 (C) — расстояние от опорного торца свободного конца вала до оси ближайших крепительных отверстий в лапах.

Читайте также:  Как управляются обороты дизельного двигателя

Электрические электродвигатели с фланцами имеют четыре главных установочных размера:

d(M) — диаметр окружности центров крепительных отверстий,

d25(N) — диаметр центрирующей заточки,

d24(P) — внешний диаметр фланца,

l 39(R) — расстояние от опорной поверхности фланца до опорной поверхности свободного конца вала.

Механические характеристики и пусковые свойства двигателя

Механическая характеристика представляет зависимость вращающего момента двигателя от его частоты вращения при неизменных напряжении, частоте питающей сети и внешних сопротивлениях в цепях обмоток двигателя.

Пусковые свойства характеризуются значениями пускового момента Мп, минимального момента М min , максимального (критического) момента Мкр, пускового тока I п или пусковой мощности Рп или их кратностями. Зависимость момента, отнесенного к номинальному моменту, от скольжения называется относительной механической характеристикой электродвигателя .

Номинальный вращающий момент электродвигателя , Н/м, определяется по формуле

Мном = 9550 (Рном / n ном)

где Рном — номинальная мощность, кВт; n ном — номинальная частота вращения, об/мин.

Разновидности механических характеристик для различных модификаций асинхронных двигателей показаны на рисунке.

Механические характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором: 1 — базового рада, 2 — с повышенным пусковым моментом, 3 — с повышенным скольжением.

Механические характеристики группы двигателей, представляющих отрезок серии, укладываются в некоторую зону. Среднюю линию этой зоны назовем групповой механической характеристикой отрезка серии. Ширина зоны групповой характеристики не превышает поля допуска на моменты.

Рабочие характеристики электродвигателей

Рабочие характеристики — это зависимости подводимой мощности P1, тока в обмотке статора I , вращающего момента М, КПД, коэффициента мощности cos ф и скольжения s от полезной мощности двигателя Р2 при неизменных напряжении на выводах обмотки статора, частоте сети и внешних сопротивлениях в цепях обмоток двигателя. Если такие зависимости отсутствуют, то значения КПД и cos ф могут быть приближенно определены по рисункам.

Типовые рабочие характеристики асинхронных электродвигателей

Коэффициент полезного действия электродвигателя при частичных нагрузках: 1 — Р2 / Р2ном = 0,5, 2 — Р2 / Р2ном = 0,75, 3 — Р2 / Р2ном = 1,25

Коэффициент мощности электродвигателя при частичных нагрузках: 1 — Р2 / Р2ном = 0,5, 2 — Р2 / Р2ном = 0,75, 3 — Р2 / Р2ном = 1,25

Скольжениение электродвигателя приближенно может быть определено по формуле:

s ном = s2 (P2 / P ном),

а линейный ток статора электродвигателя — по формуле:

где I — ток статора, А, cos ф — коэффициент мощности, U ном — номинальное линейное напряжение, В.

Частота вращения ротора электродвигателя :

где nc — синхронная частота вращения электродвигателя, об/мин.

Степень защиты электродвигателей

Степень защиты для электрических электродвигателей установлена в ГОСТ 17494-72. Характеристики степеней защиты и их обозначения определены в ГОСТ 14254-80. Этот стандарт устанавливает степени защиты персонала от соприкосновения с находящимися под напряжением или движущимися частями, находящимися внутри электродвигателей, и от попадания твердых посторонних тел и воды внутрь электродвигателей.

Степени защиты обозначаются двумя латинскими буквами IP (International Protection) и двумя цифрами. Первая цифра обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с движущимися или находящимися под напряжением частями, а также степень защиты от попадания внутрь электродвигателей твердых посторонних тел. Вторая цифра обозначает степень защиты от проникновения воды внутрь электродвигателей

Способы охлаждения электродвигателей

Способы охлаждения обозначаются двумя латинскими буквами 1С (International Cooling) и характеристикой цепи охлаждения.

Каждая цепь охлаждения электродвигателей имеет характеристику, обозначаемую латинской буквой, указывающей вид хладагента, и двумя цифрами. Первая цифра обозначает устройство цепи для циркуляции хладагента, вторая — способ подвода энергии для циркуляции хладагента. Если электродвигатель имеет две или более цепи охлаждения, то в обозначении указываются характеристики всех цепей охлаждения. Если воздух является единственным хладагентом электродвигателя, то разрешается опускать букву, обозначающую природу газа.

В асинхронных двигателях применяются следующие способы охлаждения: IC01 —двигатели со степенями защиты IP20, IP22, IP23 с вентилятором, расположенным на валу двигателя, IC05 —двигатели со степенями защиты IP20, IP22, IP23 с пристроенным вентилятором, имеющим независимый привод, IC0041 —двигатели со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с естественным охлаждением; IC0141 —двигатели со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с наружным вентилятором, расположенным на валу двигателя, IC0541 —двигатели со степенями защиты IP43, IP44, IP54 с пристроенным вентилятором, имеющим независимый привод.

Закрытый обдуваемый электродвигатель (степень защиты IP44)

Классы нагревостойкости системы изоляции электродвигателей

Изоляционные материалы, применяемые в электрических электродвигателях, разделяются по нагревостойкости на классы.

Читайте также:  Где находится датчик оборотов двигателя на калине

Изоляционный материал относится к тому или иному классу в зависимости от максимальной допустимой температуры. Двигатели работают при различных температурах окружающего воздуха.

За номинальную температуру окружающего воздуха для умеренного климата, если не оговорено противное принимают температуру 40 °С. Предельно допустимое превышение температуры обмотки двигателя получается вычитанием из температурного индекса системы изоляции числа 40.

При выборе более высокого класса нагревостойкости (например, F вместо В) могут быть достигнуты на выбор две цели:

1) увеличение мощности двигателя при неизменном теоретическом сроке службы,

2) увеличение срока службы и надежности при неизменной мощности. В большинстве случаев применение более нагревостойкой изоляции имеет целью повысить надежность двигателя в тяжелых условиях работы.

Источник

Электродвигатели

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
  • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

Вращающийся электродвигатель
Само коммутируемый Внешне коммутируемый
С механической коммутацией (коллекторный) С электронной коммутацией 1 (вентильный 2, 3 ) Асинхронный электродвигатель Синхронный электродвигатель
Переменного тока Постоянного тока Переменного тока 4 Переменного тока
  • Универсальный
  • Репульсионный
  • КДПТ с обмоткой возбуждения
      Включение обмотки
    • Независимое
    • Последовательное возбуждения
    • Параллельное
    • Комбинированное
  • КДПТ с постоянными магнитами
  • БДПТ
    (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР)
  • ВРД
    (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)
  • Трехфазный
    (многофазный)
    • АДКР
    • АДФР
  • Двухфазный
    (конденсаторный)
  • Однофазный
    • с пусковой обмоткой
    • с экранированными полюсами
    • с асимметричным магнитопроводом
  • СДОВ
    (с контактными кольцами и щетками) —>
  • СДПМ 5 —>
    • СДПМВ
    • СДПМП
    • Гибридный
  • СРД
  • Гистерезисный
  • Индукторный
  • Гибридный СРД-ПМ
  • Реактивно-гистерезисный
  • Шаговый 5
Простая электроника Выпрямители,
транзисторы
Более сложная
электроника
Сложная электроника (ЧП)
  1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
  2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
  3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
  4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
  5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
  • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
  • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
  • ЭП — электрический преобразователь
  • ДПР — датчик положения ротора
  • ВРД — вентильный реактивный двигатель
  • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
  • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Читайте также:  Как выкрутит сломанный болт из блока двигателя

Асинхронный электродвигатель

Cинхронный электродвигатель

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

  • где M – вращающий момент, Нм,
  • F – сила, Н,
  • r – радиус-вектор, м

,

  • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
  • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

  • где P – мощность, Вт,
  • A – работа, Дж,
  • t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

Для вращательного движения

,

  • где – угол, рад,

,

  • где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

  • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
  • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
  • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
    При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

  • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

  • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
  • m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

  • где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

  • где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Параметр
АДКР

СДПМП

СДПМВ

СРД-ПМ

СДОВ
Постоянство мощности во всем диапазоне скоростей
Эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне
  • СРД-ПМ — синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель)
  • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7].

Области применения электродвигателей

Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6].

Источник

Adblock
detector