Как определить скольжение асинхронного двигателя в процессе наладки и эксплуатации
Если частота вращения электродвигателя значительно отличается от синхронной, ее измеряют тахометром или тахогенератором, который присоединяется непосредственно на валу электродвигателя, а скольжение двигателя определяют по формуле S = (n1 — n2) / n1 , где n1 = 60f /p – синхронная частота вращения; n2 – фактическая частота вращения.
Преимущества этого способа определения скольжения электродвигателя: быстрота измерений и возможность производить их как при неизменной, так и при изменяющейся частоте вращения. К недостаткам такого способа измерения можно отнести невысокую точность обычных тахометров (погрешность 1–8 %) и трудность их градуирования. Кроме того, тахометр не может применяться при испытании электродвигателей малой мощности, так как потери на трение внутри механизма тахометра представляют заметную нагрузку.
Для выполнения различных измерений ручной тахометр обычно снабжается комплектом сменных наконечников различной формы и назначения, надеваемых на конец валика (рис. 1). Из этих наконечников наиболее широко применяется резиновый конус, оправленный в металлический патрон. Все эти наконечники служат для соприкосновения с коническим углублением в торце вала электрической машины. Наконечник с резиновым центром используют при измерении больших частот, со стальным — для малых и средних.
При наличии углубления по центру вала применяется удлинитель, который надевается на вал тахометра, а соответствующий наконечник – на удлинитель. При отсутствии или недостаточности центров пользуются шкивом, который прижимается боковой поверхностью (резиновым кольцом) к поверхности вращающегося вала.
В соответствии с конкретными условиями измерения выбирают приспособление (удлинитель наконечник). Перед началом измерения удаляют смазку, грязь, пыль из центра углубления или поверхности вала.
Для измерения частоты вращения электродвигателя следует предварительно установить на тахометре необходимый предел измерения. Если порядок измерения частоты неизвестен, то измерение следует начинать с самого высокого предела во избежание порчи тахометра.
Измерение следует производить кратковременно (3 – 5 с), осторожно прижимая наконечник тахометра к вращающемуся валу с небольшим нажимом так, чтобы ось вала тахометра совпадала с осью измеряемого вала или при пользовании шкивом была параллельной ей.
Если скольжение не превышает 5 %, частота вращения может быть измерена стробоскопическим методом с применением неоновой лампы.
На торце вала двигателя мелом наносят диаметральную черту. Во время работы двигателя ее освещают неоновой лампой, питаемой от сети той же частоты, что и двигатель. Наблюдатель видит на торце вала не черту, а звезду, медленно вращающуюся против направления вращения вала. Количество лучей звезды зависит от числа пар полюсов двигателя и от положения неоновой лампы. Если свет от обоих электродов лампы падает на торец вала, число лучей кажущейся звезды равно 2р. Если же торец вала с нанесенной меловой чертой освещается только одним электродом, число лучей кажущейся звезды равно числу пар полюсов.
За время t (обычно 30 с), измеряемое секундомером, подсчитывается количество лучей кажущейся звезды m, прошедших через вертикальное положение. Поскольку число лучей кажущейся звезды равно 2р, скольжение
где f1 – частота сети, питающей неоновую лампу.
Другой вариант стробоскопического метода заключается в следующем. На валу двигателя с торцовой стороны укрепляют один из дисков (рис. 2 ). Собирают схему (рис. 3 ). У двухполюсной машины на валу закрепляют диск, обозначенный как 2р = 2, и освещают его неоновой лампой с пятачковым электродом.
Рис. 2 . Изображение стробоскопических дисков в зависимости от количества пар полюсов асинхронного электродвигателя
Рис. 3 . Схема включения неоновой лампы для стробоскопического метода определения скольжения:1 – неоновая лампа, 2 – стробоскопический диск, 3 – индукционная катушка
Ротор вращается несинхронно и отстает от поля, так что виден диск, медленно вращающийся в сторону, противоположную вращению ротора. Если за время t мимо неподвижной точки (стрелки, укрепленной на подшипнике) проходит m черных секторов, значение скольжения определяется по выражению
Счет проходящих мимо неподвижной точки секторов следует начинать не с момента пуска секундомера, а со следующего прохождения метки.
Для получения резкости изображения на лампу следует подавать напряжение, кривая изменения которого показана на рис. 4 . Лампа зажигается в тот момент, когда напряжение на ее зажимах достигает значения, называемого порогом зажигания.
Рис. 4 . Схема включение неоновой лампы для получения острой формы кривой напряжения: 1 – неоновая лампа; 2 – реактивная катушка с сильно насыщенным магнитопроводом с индуктивным сопротивлением Х (падения напряжения на сопротивлениях R и Х примерно одинаковы)
Определение скольжения двигателя с помощью индукционной катушки. Этот метод основан на контроле частоты вращения потоков рассеивания ротора Фр (рис. 5 ), которые с частотой, пропорциональной скольжению, пересекают витки индукционной катушки.
Рис. 5. Схема измерения скольжения ротора асинхронного электродвигателя с помощью индукционной катушки
К выводам катушки подключают чувствительный милливольтметр (желательно с нулем посредине шкалы); катушку располагают у конца вала ротора. Поворачивая катушку в разные стороны, находят положение, при котором наблюдаются максимальные колебания стрелки прибора. По числу полных колебаний k за время t рассчитывают значение скольжения
Для расчета удобно отсчитать 50 полных колебаний и по секундомеру отметить время. Тогда: .
В качестве индукционной катушки можно использовать катушку реле или контактора постоянного тока, имеющую 10–20 тыс. витков (или намотать катушку с числом витков не менее 3000). Для усиления магнитного потока в катушку вставляют сердечник, набираемый из нескольких полос трансформаторной стали. Метод индукционной катушки весьма прост и пригоден для всех видов машин.
У асинхронных электродвигателей с фазным ротором помимо описанных выше способов скольжение может быть определено с помощью магнитоэлектрического амперметра, включаемого в одну из фаз ротора, а при наличии невыключаемого сопротивления в цепи ротора — с помощью вольтметра, присоединенного к кольцам ротора. Рекомендуется применять приборы с двусторонней шкалой. Скольжение асинхронного электродвигателя рассчитывается по числу полных колебаний стрелки прибора, так же как при использовании метода с индукционной катушкой.
Что такое скольжение асинхронного двигателя
Что это такое
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя довольно прост. На обмотку статора подается питающее напряжение, которое создает магнитный поток, в каждой фазе он будет смещен на 120 градусов. При этом суммирующий магнитный поток будет вращающимся.
Обмотка ротора является замкнутым контуром, в ней наводится ЭДС и возникающий магнитный поток придает вращение ротору, в направлении движения магнитного потока статора. Вращающий электромагнитный момент пытается уравнять скорости вращения магнитных полей статора и ротора.
Величина определяющая разность скоростей вращения магнитных полей ротора и статора, называется скольжение. Так как ротор асинхронного двигателя всегда вращается медленнее, чем поле статора — оно обычно меньше единицы. Может измеряться в относительных единицах или процентах.
Высчитывается она по формуле:
где n1— это частота вращения магнитного поля, n2 – частота вращения магнитного поля ротора.
Скольжение, это важная характеристика, характеризующая нормальную работу асинхронного электродвигателя.
Величина скольжения в разных режимах работы
В режиме холостого хода скольжение близко к нулю и составляет 2-3%, ввиду того, что n1 почти равняется n2. Нулю оно не может быть равным, потому как в этом случае поле статора не пересекает поле ротора, простыми словами, двигатель не вращается и питающее на него напряжение не подается.
Даже в режиме идеального холостого хода, величина скольжения, выраженная в процентах, не будет равной нулю. S может принимать и отрицательные значения, в том случае, когда электродвигатель работает в генераторном режиме.
В генераторном режиме (вращение ротора противоположно направлению поля статора) скольжение ЭД будет в значениях -∞
Поэтому, для детального исследования характеристик АД устанавливается зависимость, изображенная на рисунке выше. Таким образом, изменение момента (при различных значениях скольжения) в АД с фазным ротором может регулироваться путем ввода сопротивления в цепь обмоток ротора. В электродвигателях с короткозамкнутым ротором момент вращения регулируется или с помощью преобразователей частоты или использованием двигателей с переменными характеристиками.
При номинальной нагрузке электродвигателя значение скольжения будет в диапазоне 8%-2% (для двигателей малой и средней мощности), номинальное скольжение.
При увеличении нагрузки на валу (момента на валу) будет увеличиваться скольжение, простым языком, магнитное поле ротора будет все сильнее отставать (тормозить) от магнитного поля статора. Увеличение скольжения (S) приведет к пропорциональному увеличению тока ротора, следовательно, пропорционально увеличится момент. Но при этом увеличиваются активные потери в роторе (увеличивается сопротивление), которые уменьшают рост силы тока, поэтому момент увеличивается медленнее, чем скольжение.
При определенной величине скольжения момент достигнет максимального значения, потом начнет снижаться. Величину, при которой момент будет максимальным, называют критической (Sкр).
В графической форме механическую характеристику асинхронного электродвигателя можно выразить с помощью формулы Клосса:
где, Мк — это критический момент, который определяется критическим скольжением электродвигателя.
График строится исходя из характеристик, указанных в паспорте АД. При возникновении вопросов по приводу, в качестве движителя, использующего асинхронный электродвигатель, используется данный график.
Критический момент определяет величину допустимой мгновенной перегрузки электродвигателя. При развитии момента более критического (следовательно, более критического скольжения) происходит, так называемое, опрокидывание электродвигателя и двигатель останавливается. Опрокидывание — один из аварийных режимов.
Способы измерения
Существует несколько способов измерения скольжения асинхронного двигателя. Если частота вращения значительно отличается от синхронной, то ее можно измерить с помощью тахометра или тахогенератора, подключенного на валу ЭД.
Вариант измерения стробоскопическим методом с помощью неоновой лампы подходит при величине скольжения не более 5%. Для этого на валу двигателя либо наносят мелом специальную черту, либо устанавливают специальный стробоскопический диск. Освещают их неоновой лампой, и отсчитывают вращение за определенное время, потом, по специальным формулам производят вычисления. Также возможно использование полноценного стробоскопа, подобно тому что показано ниже.
Также, для измерения величины скольжения всех видов машин подходит способ индуктивной катушки. Катушку лучше всего использовать от реле или контактора постоянного тока, из-за количества витков (там 10-20 тысяч), количество витков должно быть не менее 3000. Катушку с подключенным к ней чувствительным милливольтметром, располагают у конца вала ротора. По отклонениям стрелки прибора (числу колебаний) за определенное время высчитывают по формуле величину скольжения. Помимо этого, у асинхронного двигателя с фазным ротором скольжение можно замерить с помощью магнитоэлектрического амперметра. Амперметр подключается к одной из фаз ротора и по числу отклонений стрелки амперметра производят вычисления (по формуле из способа с индуктивной катушкой).
Вот мы и рассмотрели, что собой представляет скольжение асинхронного двигателя и как его определить. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!
Скольжение асинхронного двигателя
В результате взаимодействия магнитного поля с токами в роторе асинхронного двигателя создается вращающий электромагнитный момент, стремящийся уравнять скорость вращения магнитного поля статора и ротора.
Разность скоростей вращения магнитного поля статора и ротора асинхронного двигателя характеризуется величиной скольжения s = (n 1 — n 2 ) / n 1, где n 1 — синхронная скорость вращения поля, об/мин, n2 — скорость вращения ротора асинхронного двигателя, об/мин. При работе с номинальной нагрузкой скольжение обычно мало, так для электродвигателя, например, с n 1 = 1500 об/мин, n2 = 1 460 об/мин, скольжение равно: s = ((1500 — 1460) / 1500) х 100 = 2,7%
Асинхронный двигатель не может достичь синхронной скорости вращения даже три отсоединенном механизме, так как при ней проводники ротора не будут пересекаться магнитным полем, в них не будет наводиться ЭДС и не будет тока. Асинхронный момент при s = 0 будет равен нулю.
В начальный момент пуска в обмотках ротора протекает ток с частотой сети. По мере ускорения ротора частота тока в нем будет определяться скольжением асинхронного двигателя : f2 = s х f1, где f1 — частота тока, подводимого к статору.
Сопротивление ротора зависит от частоты тока в нем, причем чем больше частота, тем больше его индуктивное сопротивление. С увеличением индуктивного сопротивления ротора увеличивается сдвиг фаз между напряжением и током в обмотках статора.
При пуске асинхронных двигателей коэффициент мощности поэтому значительно ниже, чем при нормальной работе. Величина тока определяется эквивалентным значением сопротивления электродвигателя и приложенным напряжением.
Величина эквивалентного сопротивления асинхронного двигателя с изменением скольжения изменяется по сложному закону. При уменьшении скольжения в пределах 1 — 0,15 сопротивление увеличивается, как правило, не более чем в 1,5 раза, в пределах от 0,15 до s н ом в 5-7 раз по отношению к начальному значению при пуске.
Ток по величине изменяется обратно пропорционально изменению эквивалентного сопротивления Таким образом, при пуске до скольжения порядка 0,15 ток опадает незначительно, а в дальнейшем быстро уменьшается.
Момент вращения может быть также определен по электромагнитной мощности на валу как отношение этой мощности к угловой скорости ротора. Величина момента пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональная квадрату частоты.
Характерными значениями момента в зависимости от скольжения (или скорости) являются начальное значение момента (когда электродвигатель еще неподвижен), максимальное значение момента (и соответствующее ему сколь жение, называемое критическим) и минимальное значение момента в пределе скоростей от неподвижного состояния до номинальной .
З начения момента для номинального напряжения приводятся в каталогах для электрических машин. Знание минимального момента необходимо при расчете допустимости пуска или самозапуска механизма с полной нагрузкой механизма. Поэтому его значение для конкретных расчетов должно быть либо определено, либо получено от завода-поставщика.
Величина максимального значения момента определяется индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора и не зависит от величины сопротивления ротора.
Критическое скольжение определяется отношением сопротивления ротора к эквивалентному сопротивлению (обусловлено активным сопротивлением статора и индуктивным сопротивлением рассеяния статора и ротора).
Увеличение только активного сопротивления ротора сопровождается увеличением критического скольжения и перемещением максимума момента в область более высоких скольжений (меньшей скорости вращения). Таким путем может быть достигнуто изменение характеристик моментов.
Изменение скольжения возможно увеличением сопротивления цени ротора или потока. Первый вариант осуществим только для асинхронных двигателей с фазным ротором (от S = 1 до S = Sном ) , но не экономичен. Второй вариант осуществим при изменении питающего напряжения, но только в сторону уменьшения. Диапазон регулирования мал, так как S возрастает, но одновременно уменьшается перегрузочная способность асинхронного двигателя. По экономичности оба варианта, примерно, равноценны.
В асинхронных двига т елях с фазным ротором изменение момента при различных скольжениях осуществляется с помощью сопротивления, вводимого в цепь обмотки ротора. В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором изменение момента может быть достигнуто за счет применения двигателей с переменными параметрами или с помощью частотных преобразователей .
