3. Номинальные данные асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Основными данными асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором являются:

типоразмер,

номинальная мощность,

номинальная скорость,

номинальный ток,

номинальное напряжение,

cos 

режим работы

относительная продолжительность включения,

класс нагревостойкости изоляции,

тип защиты

Все они, а иногда и некоторые другие, помещаются на табличке данных двигателя эти данные приводятся при температуре окружающей среды 40°С и максимальной высоте над уровнем моря1000м.

Напряжение, ток и тип соединения обмоток

Все данные вписаны в соответствуюшие места таблички

Если двигатель рассчитан на различные напряжения и виды подключения эти данные пишутся через наклонную черту /.

До черты данные соответствуют одному подключению, а после черты – другому.

Для остальных параметров соответственно.

Коэффициент полезного действия и cos 

На табличке двигателя в качестве номинальной указывается отдаваемая мощность, т.е. мощность на валу двигателя.

Расчет производится по формулам:

Полная электрическая потребляемая мощность : Р_пол= U I_ф

Активная электрическая потребляемая мощность: Ра = Р_пол cos 

Механическая мощность на валу: Р_вых = Ра 

Момент вращения двигателя: М = 9,55Р_вых

Если просчитать по формулам мощность любого двигателя подставив данные из таблички двигателя, то можно заметить что, полученный результат не будет соответствовать паспортной мощности.

Все дело в том, что cos  и КПД зависят от степени загрузки двигателя, ухудшаясь при ее уменьшении, как это показано в таблице.

У больших двигателей КПД () и cos  выше, чем у двигателя малой мощности.

	1/4Рн		1/2Рн		3/4РН		4/4Рн		5/4Рн
	сos 		сos 		сos 		сos 		сos 	
DV132S4 5,5 кВт	0,44	0,79	0,67	0,84	0,79	0,86	0,85	0,85	0,87	0,82

Поэтому на табличке двигателя пишут СРЕДНЮЮ МОЩНОСТЬ двигателя

Она в 1,5 – 2 раза меньше расчетной.

Режимы работы двигателя по EN 60034

Номинальная мощность всегда связана с режимом работы и продолжительностью включений. Обозначения режимов по EN 60034 соответствуют ГОСТ 17154-71.

Обычное исполнение рассчитано на режим S1.

S1, продолжительный режим работы, работа машины при неизменной нагрузке достаточно длительное время для достижения установившейся (неизменной) температуры всех ее частей.

S2 - кратковременный режим - это режим с постоянным уровнем нагрузки при ограниченном времени включения и последующей паузой, за время которой двигатель вновь достигает температуры окружающей среды.

S3 - повторно - кратковременный режим последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время работы N при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки R , за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Он характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ). Цикл S3 состоит из однородных чередующихся рабочих участков с одинаковой нагрузкой и пауз, в течение которых двигатель неподвижен.

S4 - повторно-кратковременный режим с влиянием процессов пуска на нагрев двигателя. Это последовательность идентичных циклов работы, каждый из которых включает время пуска D, время работы N при неизменной нагрузке, за которое машина не нагревается до установившейся температуры, и время стоянки R , за которое машина не охлаждается до температуры окружающей среды.

Он характеризуется относительной продолжительностью включения и частотой включений.

Имеются также режимы S5 - S10 с условиями, частично аналогичными S1 - S4.

Отношение времени пребывания электротехнического устройства, работающего в повторно-кратковременном режиме во включенном состоянии, к длительности цикла называется продолжительностью включения (ПВ) и выражается в процентах.

Если двигатель рассчитан на режим S1 с продолжительностью включения 100%, но предназначается для использования с меньшей продолжительностью включения, мощность на валу двигателя должна быть увеличена в соответствии с данными, приведенными в таблице:

Режим работы		Коэффициент увели­чения мощности К
S2	Продолжительность работы: 60 мин 30 мин 10 мин	1,1 1,2 1,4
S3	Относительная продолжительность включения (ПВ): 60 % 40% 25% 15%	1,1 1,15 1,3 1,4
S4-10	Для определения мощности двигателя и режима работы служат число и тип включений в час, время разгона, время работы под нагрузкой, время торможения, тип торможения, время стоянки, а также требуемая мощность.	По запросу

Относительная продолжительность включения (ПВ) - это отношение времени работы под нагрузкой ( Т_нг ) ко времени цикла ( Т_ц ), которое равно сумме времени работы под нагрузкой и паузы (Т_п):

ПВ%= =

Вид защиты от внешних воздействий.

В зависимости от условий окружающей среды (высокая влажность, агрессивная среда, водяные брызги или струи, воздействие пыли и т.п.) двигатели переменного тока или мотор - редукторы с тормозами или без них выпускаются с видами защиты: IP44, IP54, IP55, IP56 и тд,

Степень защиты электродвигателей определена в ГОСТ 17494 "Машины электрические вращающиеся. Классификация степеней защиты, обеспечиваемых оболочками вращающихся электрических машин".

Характеристика степеней защиты и их обозначения опре­делены ГОСТ 14254 "Степени защиты, обеспечиваемые оболочка­ми".

Степень защиты характеризует защищенность узлов, находя­щихся внутри электродвигателя, от попадания посторонних тел и воды, а также защиту персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями.

Обозначение степеней защиты состоит из буквенной IР (inthernational Protection) и цифровой частей:

первая цифра определяет сте­пень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими или вращающимися частями и от попадания посторонних предметов в электродвигатель, вторая цифра – от проникновения воды

Характеристики первой цифры обозначения степени защиты следующие:

0 — специальная защита отсутствует;

1 — защита от проникновения внутрь корпуса большого участка поверхности человеческого тела, например тыльной стороны руки, и от проникновения твердых тел размером свыше 50 мм;

2 — защита от проникновения внутрь корпуса пальцев и от про­никновения твердых тел размером свыше 12,5 мм;

3 — защита от проникновения внутрь оболочки твердых тел (ин­струмента, проволоки и т.п.) диаметром или толщиной более 2, 5 мм;

4 — защита от проникновения внутрь корпуса проволоки и твер­дых тел размером более 1,0 мм;

5 — защита от пыли. Проникновение внутрь корпуса пыли не предотвращено полностью, однако пыль не может проникать в ко­личестве, достаточном для нарушения работы электродвигателя;

6 — пыленепроницаемость. Проникновение пыли предотвраще­но полностью.

вторая — обозначает степень защиты электродви­гателя от попадания воды внутрь корпуса.

Характеристики второй цифры обозначения степени защиты электродвигателей следующие:

О — специальная защита отсутствует;

1 — защита от капель воды. Капли воды, вертикально падающие на корпус, не должны оказывать вредного воздействия на электродвигатель;

2 — зашита от капель воды. Капли воды, вертикально падающие на корпус, не должны оказывать вредного воздействия на электро­двигатель при наклоне его на любой угол до 15° относительно нор­мального положения;

3 — защита от капель дождя. Дождь, падающий на корпус под уг­лом 60° от вертикали, не должен оказывать вредного воздействия на электродвигатель;

4 — защита от брызг. Вода, разбрызгиваемая на корпус в любом направлении, не должна оказывать вредного воздействия на электродвигатель;

5 — защита от водяных струй. Струя воды, выбрасываемая в лю­бом направлении на корпус, не должна оказывать вредного воздей­ствия на электродвигатель;

6 — защита от сильных водяных струй. Сильная струя воды, вы­брасываемая влюбом направлении на корпус, не должна оказывать вредного воздействия на электродвигатель.

В зависимости от климатических условий в соответствии с ГОСТ 14140"Машины, приборы и другие технические изделия. Ис­полнения для различных климатических районов. Категории, усло­вия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздейст­вия климатических факторов внешней среды" электродвигатели выпускаются следующих климатических модификаций:

• умеренный климат (буквенное обозначение — У, цифровое — 0; интервал рабочих температур воздуха при эксплуатации от + 40 до- 45 °С);

• умеренный и холодный климат (УХЛ.1; от + 40 до — 60 °С);

• влажный тропический климат (ТВ,2; от + 45 до + 1 °С);

• сухой тропический климат (ТС,3; от + 45 до — 10 °С);

• сухой или влажный тропический климат (Т,4;от+ 45до — 10 °С);

• общеклиматическое исполнение (на суше) (0,5; от +45 до - 60 °С);

• умеренно холодный морской климат (М,6; от + 40 до — 40 °С);

• тропический морской климат (ТМ,7; от + 45 до + 1 °С);

• умеренно холодный и тропический морской климат (ОМ,8; от + 45 до - 40 °С);

• всеклиматическое исполнение (В,9 от + 45 до - 60 °С);

Классы нагревостойкости изоляции.

Развитие электромашиност­роения сопровождается повышением класса нагревостойкости при­меняемых электроизоляционных материалов.

Нагревостойкость изоляции определена ГОСТ 8865 "Система изоляции. Оценка нагревостойко­сти и классификация" и по длительно допустимой рабочей темпера­туре делится на следующие классы;

Класс нагревостойкости	V	А	Е	В	Р	Н	200	220	250
Рабочая температура,'С	90	105	120	130	155	180	200	220	250

В настоящее время при изготовлении и ремонте электродвигателей напряжением до 1000 В применяют, в основном, изоляцию класса нагревостойкости В и Р.

Взрывобезопасность двигателя

Взрывоустойчивость взрывозащищенных электродвигателей обеспечена прочной оболочкой, в которую заключены все токоведущие и активные части. Оболочка предотвращает пере­дачу взрыва в окружающую среду. В качестве конструкционных ма­териалов применяют сталь и высокопрочный или модифицирован­ный чугун.

Взрывонепронинаемость обеспечивается за счет норми­рованных зазоров и ширины фланца в сопрягаемых частях подшипниковых щитов со станиной, щитов с вращающимся валом, коробки выводов со станиной, крышки коробки выводов с корпу­сом коробки, уплотнения кабельного ввода.

ЕЕхе (повышенная безопасность),

EExed (двигатель с повышенной безопасностью, тормоз спрессован оболочкой)

EExd (тормоз спрессован оболочкой)

Условия эксплуатации

Двигатели могут работать длительно при температуре окружающей среды, превышающей максимальную рабочую. В этом случае во избежание недопустимого превышения температуры обмоток отдаваемая двигателем мощность должна быть снижена до следующих значений:

снижена до следующих значений:

Температура окружающей среды. °С	40	45	50	55	60
Отдаваемая мощность, %	100	96	92	87	82

В соответствии с ГОСТ 28173 (МЭК 34-1) двигатели выдерживают 1,5-кратную перегрузку по току в течение 2 минут.

Двигатели могут эксплуатироваться и на высоте, превышающей 1000 м над уровнем моря. Их отдаваемая мощность должна быть снижена до следующих величин:

Высота над уровнем моря, м	1000	1500	2000	2500	3000	3500	4000	4300
Отдаваемая мощность, %	100	98	95	92	88	84	80	74

М

n_н

Мс

еханическая характеристика АД

n_к

Зависимость вращающего момента от частоты вращения (уголовой скорости) ротора называется механической характеристикой электрического двигателя.

На рисунке изображена механическая характеристика асинхронного двигателя.

Остановимся подробнее на механической характстике асинхронного двигателя.

Электромагнитный момент, развиваемый асин­хронным двигателем, при частоте вращения, равной нулю, называется пусковым и обозначается Мп.

Если статический момент механизма М_с больше пу­скового момента двигателя Мп двигатель не сможет разогнаться. Если же пусковой момент двигателя больше статического М_с, то ротор двигателя будет ускоряться, а частота вращения двигателя увеличивается.

В момент пуска двигатель представляет собой трансформатор с короткозамкнутой вторичной обмоткой. В этот момент через статорную обмотку протекает ток (пусковой ток) в 5-8 раз превышающий номинальный.

При изме­нении частоты вращения ротора изменяется скорость пересечения проводников ротора магнитным полем дви­гателя. В результате этого изменяются токи в обмотках асинхронного двигателя, вызывая соответствующее изме­нение электромагнитного момента двигателя.

Следова­тельно, разница между электромагнитным моментом двигателя и статическим моментом механизма с измене­нием частоты вращения также изменяется. При опреде­ленной частоте вращения эти моменты оказываются одинаковыми, при этом частота вращения системы дви­гатель— механизм устанавливается постоянной и соот­ветствует точке А на рисунке.

Из изложенного ясно, что установившаяся частота вращения асинхронного двигателя зависит от нагрузки на его валу, т. е. от статического момента. При синхрон­ной частоте вращения ротора момент, развиваемый асинхронным двигателем, равен нулю. Поэтому двига­тель не может нести никакой нагрузки при синхронной скорости, а может быть нагружен только при «несин­хронной» скорости, что, кстати говоря, и определило само название асинхронного двигателя.

Чем больше скольжение, т. е. чем выше относитель­ная скорость пересечения магнитным полем проводника ротора, тем больше и величина э. д. с. ротора. При син­хронной частоте вращения проводники движутся с оди­наковой скоростью с полем и не пересекаются им. По­этому э. д. с. в роторе равна нулю, равен нулю и ток в роторе, а следовательно, отсутствует и вращающий момент.

На рисунке буквой N обозначена точка механической характеристики, соответствующая номинальному режиму работы асинхронного двигателя. При этом двигатель, развивая номинальный момент Мн, вращается с номи­нальной частотой вращения. По обмоткам проходит но­минальный ток. Номинальный режим работы характе­ризуется тем, что двигатель в этом режиме может рабо­тать длительно. При этом номинальные токи определяют нагрев обмоток до температуры, несколько меньшей, чем допустимая температура для данного класса изоляции обмоток.

Если момент нагрузки Мс увеличивается, то может наступить момент когда Мс станет равен критическому (Мк). Вращение ротора прекратится, произойдет так называемое опрокидывание двигателя (точка В на характеристике)

На рисунке показана так называемая естественная характеристика асинхронного двигателя т.е. механическая характеристика асинхронного двигателя при номинальном напряжении питания и штатных параметрах двигателя.

При изменении этих величин вид характеристики сильно меняется.