+7 (812) 4-673-673
Электромоторы
10.08.2021
Электромоторы – это устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую (вращательную), а также имеют обратную функцию – работать как генератор.
Существует много видов и размеров электромоторов, пригодных для самых разных применений, – от очень маленьких шаговых моторов, используемых в робототехнике, до очень больших, с мощностью в мегаватты. Как и у генераторов, частота тока и количество полюсов в статоре определяют скорость вращения (для мотора переменного тока). Чаще всего пользуются 3-фазными асинхронными моторами переменного тока с ротором типа «беличья клетка».
При использовании драйверов (блоков питания) переменной скорости моторы переменного тока могут точно управляться при старте, менять скорость и крутящий момент.
Корпуса электромоторов бывают разных типов – для закрепления на фундаменте и на фланце. Существуют различные защитные классы: от попадания твёрдых частиц и воды (IP-класс) и для использования во взрывоопасной среде (Ex-класс). Моторы с защитой Ex бывают следующих классов:
- увеличенная безопасность Ex-e;
- огнестойкие Ex-d;
- герметизированные Ex-p.
Электромоторы в стандартах IEC пригодны для работы с охлаждающим воздухом температурой до 45°С и охлаждающей водой до 32°С. Когда температура воды или воздуха для охлаждения отличается от стандарта, должен использоваться коэффициент коррекции, который можно найти в Правилах и Нормативных актах. Когда требуется дополнительное охлаждение, на электромотор может быть установлен добавочный охлаждающий вентилятор. Если такой мотор еще и полностью закрытый (герметичный), он называется TEFC (Totally Enclosed, FanCooled).
Базовая проверка состоит из:
- проверки мегаомметром;
- испытания высоким напряжением;
- ещё одной проверки мегаомметром.
Вторая проверка мегаомметром нужна, чтобы убедиться, что изоляция после высокого напряжения всё еще цела.
При номинальных частоте и напряжении должны быть задокументированы следующие испытания и измерения:
- стартовый ток;
- ток без нагрузки;
- ток при полной нагрузке;
- потребляемая мощность;
- выдаваемая мощность;
- эффективность;
- коэффициент мощности;
- крутящий момент на старте;
- номинальный крутящий момент;
- диапазон скоростей;
- температура корпуса;
- сопротивление холодной обмотки;
- сопротивление горячей обмотки после испытания на полной мощности;
- «тепловой пробег», чтобы определить максимальную температуру обмотки после длительной нагрузки.
Максимальная допустимая температура обмоток зависит от использованной в обмотке изоляции, температуры охлаждающего воздуха или охлаждающей воды. Таблица ниже даёт общее представление о допустимом подъёме температуры обмоток для мотора, охлаждаемого воздухом.
Максимальный подъём температуры определяется во время «теплового пробега» испытание, при котором двигатель нагружается номинальной нагрузкой и работает, пока температура корпуса не стабилизируется. Перед началом испытания замеряются температура мотора и сопротивление обмоток. Когда температура корпуса стабилизируется, снова замеряется сопротивление обмоток. Из этих двух величин можно вычислить подъём температуры обмотки.
Оборудование, необходимое для «теплового пробега», называется динамометр, тормозное устройство, превращающее произведённую электромотором механическую энергию в тепло. Этот тормоз может вращаться, поэтому можно измерить крутящий момент.
Для больших моторов «тепловой пробег» с механической нагрузкой может быть заменён использованием двух преобразователей частоты для запитывания мотора. Один из них подаёт на мотор номинальные напряжение и частоту, а другой – меньшие значения частоты и напряжения. Когда мотор работает на скорости без нагрузки на первом конвертере, переменное напряжение увеличивается так, что общий ток на двух источниках электричества становится равен номинальному току мотора. Преимущество этого метода в том, что потреблённая мощность идёт из потерь, образующих тепло. Оставшаяся часть этого теста такая же, как для «теплового пробега», описанного выше.
Коды стандартных рам для различных типов стандартизированных электромоторов
Мотор с ротором «беличья клетка»
1. Вал с подшипниками
2. Ротор-«беличья клетка»
3. Обмотки статора
4. Охлаждающий вентилятор
5. Соединительная коробка
6. Защитный колпак
Обмотки электрических машин могут быть изолированы разными материалами, свойства которых определяют максимально допустимую температуру. Изоляционные материалы разделены на классы. Когда выбран более высокий класс, это позволит работать при более высокой температуре. Большая температура означает больший ток, который и является источником тепла, и вместе с этим большую номинальную мощность мотора. Это применимо также к генераторам и трансформаторам.
Существует много видов и размеров электромоторов, пригодных для самых разных применений, – от очень маленьких шаговых моторов, используемых в робототехнике, до очень больших, с мощностью в мегаватты. Как и у генераторов, частота тока и количество полюсов в статоре определяют скорость вращения (для мотора переменного тока). Чаще всего пользуются 3-фазными асинхронными моторами переменного тока с ротором типа «беличья клетка».
При использовании драйверов (блоков питания) переменной скорости моторы переменного тока могут точно управляться при старте, менять скорость и крутящий момент.
Корпуса электромоторов бывают разных типов – для закрепления на фундаменте и на фланце. Существуют различные защитные классы: от попадания твёрдых частиц и воды (IP-класс) и для использования во взрывоопасной среде (Ex-класс). Моторы с защитой Ex бывают следующих классов:
- увеличенная безопасность Ex-e;
- огнестойкие Ex-d;
- герметизированные Ex-p.
Электромоторы в стандартах IEC пригодны для работы с охлаждающим воздухом температурой до 45°С и охлаждающей водой до 32°С. Когда температура воды или воздуха для охлаждения отличается от стандарта, должен использоваться коэффициент коррекции, который можно найти в Правилах и Нормативных актах. Когда требуется дополнительное охлаждение, на электромотор может быть установлен добавочный охлаждающий вентилятор. Если такой мотор еще и полностью закрытый (герметичный), он называется TEFC (Totally Enclosed, FanCooled).
Тестирование моторов переменного тока
Все моторы переменного тока должны быть проверены изготовителем; если мощность выше 100 кВт, они должны быть сертифицированы классификационным обществом.Базовая проверка состоит из:
- проверки мегаомметром;
- испытания высоким напряжением;
- ещё одной проверки мегаомметром.
Вторая проверка мегаомметром нужна, чтобы убедиться, что изоляция после высокого напряжения всё еще цела.
При номинальных частоте и напряжении должны быть задокументированы следующие испытания и измерения:
- стартовый ток;
- ток без нагрузки;
- ток при полной нагрузке;
- потребляемая мощность;
- выдаваемая мощность;
- эффективность;
- коэффициент мощности;
- крутящий момент на старте;
- номинальный крутящий момент;
- диапазон скоростей;
- температура корпуса;
- сопротивление холодной обмотки;
- сопротивление горячей обмотки после испытания на полной мощности;
- «тепловой пробег», чтобы определить максимальную температуру обмотки после длительной нагрузки.
Максимальная допустимая температура обмоток зависит от использованной в обмотке изоляции, температуры охлаждающего воздуха или охлаждающей воды. Таблица ниже даёт общее представление о допустимом подъёме температуры обмоток для мотора, охлаждаемого воздухом.
Максимальный подъём температуры определяется во время «теплового пробега» испытание, при котором двигатель нагружается номинальной нагрузкой и работает, пока температура корпуса не стабилизируется. Перед началом испытания замеряются температура мотора и сопротивление обмоток. Когда температура корпуса стабилизируется, снова замеряется сопротивление обмоток. Из этих двух величин можно вычислить подъём температуры обмотки.
Стенд для испытания моторов у производителя. Виден тестируемый мотор и «водяной тормоз» (динамометр)
Время Т вход. воздуха Т выход. воздуха Разница, °С 8:00 18 18 0 8:30 18 20 2 9:00 19 22 3 9:30 20 25 5 10:00 21 30 9 10:30 21 36 15 11:00 22 43 21 11:30 23 44 21
Оборудование, необходимое для «теплового пробега», называется динамометр, тормозное устройство, превращающее произведённую электромотором механическую энергию в тепло. Этот тормоз может вращаться, поэтому можно измерить крутящий момент.
Для больших моторов «тепловой пробег» с механической нагрузкой может быть заменён использованием двух преобразователей частоты для запитывания мотора. Один из них подаёт на мотор номинальные напряжение и частоту, а другой – меньшие значения частоты и напряжения. Когда мотор работает на скорости без нагрузки на первом конвертере, переменное напряжение увеличивается так, что общий ток на двух источниках электричества становится равен номинальному току мотора. Преимущество этого метода в том, что потреблённая мощность идёт из потерь, образующих тепло. Оставшаяся часть этого теста такая же, как для «теплового пробега», описанного выше.
Коды стандартных рам для различных типов стандартизированных электромоторов
Мотор с ротором «беличья клетка»
1. Вал с подшипниками
2. Ротор-«беличья клетка»
3. Обмотки статора
4. Охлаждающий вентилятор
5. Соединительная коробка
6. Защитный колпак
Обмотки электрических машин могут быть изолированы разными материалами, свойства которых определяют максимально допустимую температуру. Изоляционные материалы разделены на классы. Когда выбран более высокий класс, это позволит работать при более высокой температуре. Большая температура означает больший ток, который и является источником тепла, и вместе с этим большую номинальную мощность мотора. Это применимо также к генераторам и трансформаторам.